射孔测试改造联作套管强度热结构耦合分析.pdf

《射孔测试改造联作套管强度热结构耦合分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、石油机械CHINAPE3ROLEUMMACHINERY2010年第38卷第12期●设计计算射孔测试改造联作套管强度热结构耦合分析窦益华杨鹏张明友庞东晓(1．西安石油大学机电工程学院2．中国石油集团石油管工程技术研究院3．川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院)摘要高温高压深井试油多采用射孔测试改造联作的方式，施工时井底温度会降低很多，从而引起热应力。以SI16井为例，考虑了非均匀地应力与储层改造降温的耦合作用，进行了射孔测试改造联作套管强度热结构耦合场分析，建立了射孔套管一水泥环．地层三维空间有限元分析模型，采用ANSYS有限元软件的间接法分析了射孔套管在温度场和非均匀地应力

2、共同作用下的应力。结果认为，射孔套管内最大等效应力随套管内壁温度与地层初始温度差值的增大而增大；射孔套管内最大等效应力总是在最小地应力方向取得最大值。关键词射孔测试改造联作射孔套管热应力非均匀地应力耦合分析以SLI6井第1次试油为例，射孑L测试改造联作后，0引言管柱无法起出；强行拔断管柱后，封隔器及其以下的射孔枪串作为“落鱼”被卡在井下。为了提高勘探工作效率和发现率，现代试油特为此，笔者考虑了非均匀地应力与储层改造降别是高温高压深井试油多采用射孑L测试改造联作的温的耦合作用，进行射孔测试改造联作套管强度热方式¨～——将带有射孔枪的试油管柱下到预定井结构耦合场分析，以SL16井

3、为例，取非均匀地应深，坐封封隔器，射孔，开井，必要时进行酸化、力下射孑L、测试、储层改造射孔段套管为研究对压裂等储层改造。根据电子压力计的记录，酸压改象，建立射孑L套管一水泥环一地层真三维空间有限元造，尤其是冬季大排量注人时，井底温度会降低很分析模型，采用ANSYS有限元软件的间接法分析多，从而引起热应力。近年来，人们就射孑L段套管射孔套管在井下温度场和非均匀地应力共同作用下的剩余强度及其力学分析做了大量工作，但没的应力。有考虑井底温度降低对射孔段套管力学性能的影响。现有的射孔套管研究文献大多将套管作为研究1射孔套管．水泥环地层三维有限元对象，忽略了水泥环和地层对套管的作用，

4、或者是模型将射孔套管一水泥环一地层简化为平面轴对称模型。这些简化主要是回避套管一水泥环一地层真j维空问1．1力学模型及假设有限元分析时自由度太大而难以求解这一困难；其固井后，水泥环将套管与地层紧密地结合在一次是人们对非均匀地应力场中由于套管内温度变化起，根据弹性力学理论和油田现场实际做以下假导致的热应力还没有足够的认识和重视。根据弹性设：①套管、水泥环、地层均为各向同性的弹性材力学理论，温度降低后，射孔段套管的载荷及料；②套管、水泥环均为理想的圆筒，且与井眼同应力丁况将更加恶劣，加大了射孑L段套管塑性变形心；③固井质量良好，套管、水泥环、地层完全接的风险。随着射孔、测试、储层

5、改造联作T艺的应触；④射孔孔眼为理想的圆柱形，不存在堵塞、偏用，出现了多起射孑L段套管变形、卡枪事故。心现象，孔眼中心轴线与套管轴线垂直相交。基金项目：同家[I然科学金项目“石油套管膨胀后的强度及其力学机理研究”(50704026)；中国石油重点工程攻关项目“超深高温离压含硫化氢储层及复杂岩性低渗储层试油(含措施改造)配套技术研究”。2010年第38卷第12期窦益华等：射孔测试改造联作套管强度热结构耦合分析1．2基本数据层单元数为17963个，合计86196个单元。SL16井套管规格为~127．0Illmx12．14mmTP140V，井眼直径149．2mm，围岩长度和宽2射孔

6、套管一水泥环一地层温度场分布度取1000mm；套管材料弹性模量与泊松比为：规律分析E。=210GPa，1=0．25；水泥环材料弹性模量与泊松比为：E=11GPa，=0．25；围岩弹性模量根据电子压力计的记录，储层改造，特别是冬与泊松比为：E：20GPa，3=0．3；套管、水泥季大排量酸压改造过程中，井底温度降低很多，设环、围岩的导热系数分别为64．5、1．72和2．43酸化施工时套管内壁温度从初始温度150℃依次w／(m·℃)，它们的线膨胀系数分别为13．0X降为120、90、60和30℃，地层远场温度保持不10～、10．5X10和9．7X10℃～；地层的初始变。图2为射孔套

7、管温度场分布等值线图。温度150℃，最大主地应力=125MPa，最小主地应力^：113MPa，套管内压P=70MPa；射孔孔径为12．7mm、孔密n=16个／1TI、相位角0=90。。1．3单元选取采用ANSYS有限元软件提供的间接法实现外载荷与热应力的耦合分析，用Solid70单元进行热分析。ANSYS有限元软件可将Solid70单元转换为Sol，id45单元进行热结构耦合分析。Solid45为三维实体2(I．000120．035121L071)121．1(~120,[41l!_】【】l8l2(1()