稠油熱采井套管應力分析.pdf

1、我國稠油資源十分豐富，在稀油資源日益緊缺的今天，對稠油開采越來越重視，但在稠油開采過程中出現(xiàn)大量的套管損壞問題嚴重制約了稠油的開采。本文研究熱采井井筒內部應力分布情況，分析各種固井方案的使用效果和套管損壞的原因，這對防止套管損壞和熱采井的套管設計有著重要的意義。 本文模擬套管在井下真實受力情況，建立了井筒實體模型。在注汽階段，井筒受到地應力、注汽壓力和井筒受熱膨脹產生熱應力的作用。為得到井筒內部應力分布，本文首先對熱采井井筒的載

2、荷進行求解，包括使用Orkiszewski法對井筒內蒸汽流態(tài)的判別，建立傳熱模型求解井筒溫度場，應用黃榮樽模型求解地應力。在準確求解載荷的基礎上，分別對現(xiàn)階段在稠油熱采井中常使用的常規(guī)固井、預應力固井和使用熱應力補償器方式，利用有限元軟件ANSYS對井筒模型進行應力數(shù)值模擬求解。通過分析數(shù)值結果，發(fā)現(xiàn)使用常規(guī)設計的套管在常規(guī)固井情況下套管在封隔器以下均發(fā)生不同程度的屈服；使用預應力固井和使用熱應力補償器的方法可以使套管在注汽階段處于彈性

3、狀態(tài)，但安全余量很小；使用了保護套管措施后均不同程度惡化了水泥環(huán)與地層應力狀況。在研究如何防止套管損壞措施時，發(fā)現(xiàn)所有的熱應力計算都僅考慮套管的單軸熱應力對套管的影響，這樣的設計明顯不夠精確。 本文建立了一套應用雙向應力橢圓的對套管進行雙軸預應力方法，通過數(shù)值模擬對使用效果進行驗證。通過分析數(shù)值結果發(fā)現(xiàn)，使用雙軸預應力設計的套管有更大的使用安全系數(shù)，不過也有與其它預應力方法相同的缺點，雙軸預應力設計同樣惡化了水泥環(huán)與地層的應力狀