基于实际井眼轨迹的盐膏层套管柱强度设计与校核方法

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1、第32卷第2期钻采工艺DRIULING＆PRODUCT1ONTECHNOLOGY·61·Vo1．32No．2基于实际井眼轨迹的盐膏层套管柱强度设计与校核方法黄家祺，狄勤丰，陈占锋，刘会良，秦宏(1上海大学上海市应用数学和力学研究所2上海市力学在能源工程中的应用重点实验室3塔里木油田分公司勘探事业部)黄家祺等．基于实际井眼轨迹的盐膏层套管柱强度设计与校核方法．钻采工艺，2009，32(2)：61—64摘要：根据实测井眼轨迹数据，描述了实际井眼轨迹的三维空间特征，利用微元法分析了复杂井眼轨迹下套管柱的受力特征。利用

2、ANSYS10．0建立有限元模型，分析了盐膏层非均匀地应力作用下套管在井眼中的偏心距及偏心方位角对套管所受应力分布的影响。在此基础上，利用VisualBasic6．0语言编制了相应的套管柱强度设计与校核软件。软件对塔里木英买力地区几口井原有的套管设计进行了校核，验证了软件的正确性，解释了英买力地区几口井在盐膏层段发生套管复杂变形的原因。关键词：套管柱；设计；井眼轨迹；居中度；盐膏层；校核中图分类号：TE931．202文献标识码：A文章编号：1006—768X(2009)02—0061—04目前对于盐膏层段套管外

3、载荷计算和套管强度计算的方法很多⋯，但可以归纳为针对地层均匀载荷和非均匀载荷时，综合考虑套管、水泥环特征的套管强度计算和分析。在这些方法中，已对地层去，)非均匀载荷、套管的壁厚不均匀性或是井眼的不规则性进行了考虑。但是，很少有文章涉及套管的居单位矢量一n一。，b。分别为：中度，即考虑水泥环的不均匀性对套管强度的影响。事实上，即使在均匀地层载荷条件下，水泥环的厚度不均匀性也可能造成套管承受不均匀载荷。本文根据实测的井眼轨迹数据，描述了实际井眼轨迹的三案《l芸(sin⋯asin叩q~)j+]J(3)维空间特征，讨论

4、了基于实际井眼轨迹的盐膏层套。=×=一(sinq~dot+sin22ot·管柱强度设计与校核方法。一实际井眼轨迹几何描述J+、+寺(lce0s警+丁·‘)J7+·。实际井眼轨迹是一条空间曲线，用空间直角坐标系来描述。井眼轴线上的任一点O(，Y，z)在三二、有效外载计算维空间的几何位置可用矢径r来描述。过点0沿井眼轴线轨迹切线方向的单位矢量r可表示为：。0：=—sin删c0s+si’nsn9J+coso(1)收稿日期：2008—12—10；修回日期：2008—02—19基金项目：国家自然科学基金项目(No．506

5、74065)、上海市教委重点项目(08ZZ45)、上海市科委项目(061658035)资助。作者简介：黄家祺(1984一)，2006年毕业于上海大学，现在上海大学攻读硕士学位。地址：(200072)上海市延长路149号应用数学与力●●学研究所水槽楼208室，电话：13482270553，E—mail：huang99103@163．tom’钻采工艺2009年3月·62·DRILLING＆PRODUCTIONrECHN0L0GYMarch20o9井套管柱，有效轴向力一般考虑自重和浮力，其他附四、实际井眼轨迹对套管柱

6、加力考虑在安全系数之中；对于定向井则还要考虑强度设计的影响摩擦力及弯曲力产生的附加拉力。有效外压力是指套管柱可能受到的最大外压力与管内最小内压力之实际井眼轨迹是一条空间三维曲线，完钻后的差，套管受到的最大外压力和最小内压力与套管的井眼与原来的设计井眼不能保持一致。复杂的井眼种类和地层条件相关，在设计时分别考虑选择相应轨迹对套管柱在井眼中所受的载荷有很大的影响，的外挤载荷进行设计。有效内压力与有效外压力类一方面套管柱沿着井眼轨迹有一定的弯曲变形，其似，指套管内可能受到的最大内压力与管外液柱压轴向力不能再简单地按设

7、计井眼的情况来计算；另力之差，其大小与套管的种类、地层条件、产层类型一方面套管柱在复杂的井眼轨迹中很难居中，而套及完井方式有关。管在井眼中的偏心情况会引起套管外挤载荷的非均有效外载的确定必须根据井型、套管类型、是气匀分布，易造成套管挤毁，特别是在不稳定层段(盐井还是油井、地层是否稳定等可能出现的最大载荷膏层)。计算。1．实际井眼轨迹下有效轴向力的计算套管柱在实际井眼中具有复杂的弯曲形态，其三一、套1写管目强J度，．计r_算，十轴向力不能简单地用套管单位重量×套管垂深(定向井考虑弯曲引起的附加力)来计算。本文采用

8、微常规套管设计一般采用API强度卜[，特殊元法对套管柱微元体进行受力分析，确定其轴向载部位进行双轴应力校核，这对井下情况不复杂的井荷。图1为套管柱微元体的受力模型。是可行的，但对于深井和超深井以及井下情况复杂的井是不行的。因为在井下复杂受力条件下套管的强度要发生变化，套管的真实强度不再是API单轴应力强度。现在的套管柱强度设计中普遍采用的是三轴应力强度，它考虑了轴向载荷、外挤压力和内压