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热采井套管强度计算方法与损伤机理研究

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热采井套管强度计算方法与损伤机理研究
稠油是油气资源的重要组成部分,稠油开采主要有蒸汽驱、蒸汽吞吐和火烧 油层三种方法,我国一般以蒸汽吞吐方法为主。稠油热采井套管损坏的问题严重 制约着稠油开采的发展,给油田生产造成很大的经济损失,解决稠油热采套管损 坏的问题迫在眉睫。
目前对热采井套管的研究仅限于弹性分析,本文针对热采井套管的主要损坏 特征,对热采井套管强度计算方法及损伤机理展开了以下几方面的工作:结合蒸 汽吞吐采油方法和热采井的井筒结构特点,对注汽后期热采井井筒温度场进行了 仿真分析,明确注汽后期套管-水泥环的温升,分析了热采井套管危险井段的环 境载荷,对研究模型进行了相应的简化。基于均匀内外压作用的厚壁筒理论,建 立了套管-水泥环及围岩组合体的力学模型,对刚性地层条件下的套管-水泥环进 行了弹性分析。
推导了套管-水泥环接触应力及围岩压力的表达式,并结合辽河油田热采常 规参数讨论了不同注采周期内三种不同钢级套管的应力分布。利用屈雷斯卡屈服 条件,建立了刚性地层条件下的套管-水泥环系统弹塑性分析模型,推导了均匀 内外压作用下套管弹塑性区的位移和应力分布的表达式。
根据套管-水泥环-地层接触处的位移协调方程以及套管弹塑性交界处径向 应力相等的条件,推导出仅套管进入塑性状态的情况下套管-水泥环接触压力与 围岩压力的解析式,首次以弹塑性分析的角度探讨了套管在不同注采周期内的塑 性屈服程度。运用 ANSYS 有限元软件对 N-80 套管、P-105 套管和 P-110 套管分 别进行弹塑性分析。



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