江汉油田防止盐岩层套管挤毁技术研究成果报告

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1、江汉油田防止盐岩层套管挤毁技术研究成果报告（初稿）项目名称：江汉油田防止盐岩层套管挤毁技术研究承担单位：江汉石油管理局西南石油学院二OOO年九月70研究人员70目录1．概述1.1本项目的主要研究内容1.2盐岩层蠕变的现场评价方法2．江汉油田盐岩层套管损坏调查与分析2.1早期（81年前）套管损坏调查及分析2.2近期（1999年5月截止）套管损坏调查分析3．盐岩层段套管损坏影响因素的分析3.1盐岩层地质力学及岩性因素对套管损坏的影响3.2盐岩层套管柱设计标准问题3.3注水泥质量影响盐岩层段套管挤毁4盐岩层粘弹性反演分析的理论基础4．1引

2、言4．2常用粘弹性模型4．3粘弹性反演理论4．4计算实例4．5结论5盐岩储层中套管挤压问题的粘弹性力学模型及有限元分析5．1序言5．2盐岩本构方程5．3有限元计算5．4结果分析7常规API套管抗挤强度研究7．1引言7．2壁厚不均椭圆套管的抗均匀载荷强度7．3等壁厚圆形套管抗非均匀载荷强度7．4计算实例7．5结论8套管缺陷及高抗挤套管抗挤强度研究8．1前言8．2　模型的建立与求解8．3几何缺陷对套管抗挤强度的影响8．4算例检验8．5结论701．概述1.1本项目的主要研究内容江汉油田套管挤毁问题已研究了多年。项目研究中，希望在前人和国内

3、外近年来的研究方法及成果的基础上有所发展和创新。本项研究至少应达到以下目的：（1）从现场盐岩层套管挤毁调查与分析发现问题，提出新的认识对江汉油田套管损坏历史和现状提出较全面和客观的调查分析。从调查分析中抽象出一些有价值的认识或观点，为今后防止套管损坏的进一步研究或为设计及管理部门提供可信的科学依据。（2）研究和提供一种盐岩层蠕变的现场评价方法过去的盐岩蠕变研究靠取心和用岩心作蠕变测试；这种方法有若干局限性。本项研究中提出了一种现场评价方法，在理论、技术和经济可行性方面具有重要价值。（3）研究套管在盐岩层两向不均蠕变载荷作用下的抗挤强

4、度。（4）形成一套盐岩层套管柱设计方法和技术，并争取在二至三年后形成行业或企业标准。本项目研究的主要成果和创新点是提出和采用了盐岩层蠕变的现场评价方法。在稍后还将详细讨论，在此只作简要介绍。1.2盐岩层蠕变的现场评价方法1.2.1实验研究方法为了说明盐岩层蠕变的现场评价方法，有必要对过去大量使用的实验测试方法作一简要的评价。石油大学曾对中原和塔里木作过大量盐岩蠕变的岩心试验研究。“九五”以来西南石油学院又对华北、中原、塔里木盐岩蠕变作了大量岩心蠕变测试和有限元分析。这些研究对建立盐岩蠕变的本构关系具有意义，研究成果对建立泥浆密度图版

5、和防止盐岩层蠕变卡钻起了重要作用。但是这些研究存在以下问题：（1）经济因素盐岩层取芯代价较大，由于是非产层，在生产上按排取心十分困难。江汉油田沉积有巨厚盐层，层数多，从1000余m至4000m深均分布有盐层。从1000m至4000m均有套管挤毁问题。如果用取芯作评价试验的方法，在经济上基本不可行。（2）实验室试验很难模拟井下地质力学环境。盐岩蠕变受埋深、地应力、盐岩层产状（倾角、倾向），温度及其自身性能的影响。这些因素很难确切知道和在实验中模拟或重现。因此实验结果用于实际仍然有如何修止的问题。70鉴于上述问题，经与江汉油田协商，并得

6、到油田领导的支持，我们提出和采用了现场评价方法。1.2.2盐岩蠕变的现场评价方法盐岩蠕变的现场评价方法是：钻完盐岩层后测不同时间的井径。然后根据井径和时间的对应关系反推盐岩蠕变特性，包括预测裸眼井径变化，对套管的挤压力和套管变形。盐岩层蠕变现场评价方法的理论基础盐岩层蠕变现场评价方法借助于近年来岩土工程学科的一个分支－岩土工程反演理论与工程技术。在山体滑坡，地下结构或遂道等岩土工程中，过去常用地层结构法，用岩石实验测取岩石力学参数。这与钻井行业中对盐岩取芯测试和计算的过程大致相同。地层结构法的计算理论虽已较为完整，在应用中仍然存在不

7、少问题[1]。其中最主要的，是需作为已知量输入的初始地应力的分布规律和量值常不明确，弹性模量、泊松比等地层参数的取值程度对不同地层带有任意性，工程施工后地层与结构的受力变形随时间而变化的规律多数只能依据工程地质条件选用理想化的模型模拟，以及对地层受力变形后发生破坏的条件缺少符合实际的判断准则等。其后果是，由计算分析所得的结果常常不能与真实情况相符。在有限元计算法获得较快发展的初期，许多人曾对所得结果的正确性表示过怀疑。实际上，有关想法是当时已经获得发展的数值计算法还不能成功地用于工程实践的真实写照。针对这一情况，国内外研究工作者开始

8、对地下结构计算理论的反演问题开展研究，力图依据可在工程现场获取的信息，尤其是位移量测信息反演确定各类未知参数的理论和方法。上述位移测量在钻井中就是井径测量，根据测量和必要的计算可得以下结果：l本构关系判断，即研究地下盐岩符合那种模型，