射孔套管裂纹扩展分析.pdf

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1、石油机械2014年第42卷第2期CHINAPETROLEUMMACHINERY．．油气田开发工程射孑L套管裂纹扩展分析桂捷’付钢旦，任勇，周志宏。马卫国(1．长庆油田分公司油气工艺技术研究院2．低渗透油气田勘探开发国家工程实验室3．长江大学机械工程学院)摘要：采用封堵球封堵已压裂地层的射孔，选择性压裂刚射孔的地层是有效的多层压裂方法，被封堵的射孔套管段将受到内压的反复作用，有可能发生低周裂纹扩展。通过有限元方法计算射孔和单孔孔边应力分布，证明单孔可以代表射孔孔边的应力分布。经过计算，将孔边的屈服范围拟合成射孔孔径和内压的函数。应用低周裂纹扩展公式，对屈服范围内的裂纹

2、扩展进行初步分析，分析结果表明，多层多次压裂有可能导致射孔孔边裂纹扩展，最后造成套管断裂。关键词：压裂；射孔套管；单孔套管；裂纹扩展；有限元方法；屈服区域中图分类号：TE925文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4578．2014．02．024AnalysisoftheCrackExpansionofPerforatedCasingGuiJie，FuGangdan，RenYong’ZhouZhihong。MaWeiguo(1．ResearchInstituteofOilandGasTechnology，ChangqingOilfieldCo

3、mpany2．NationalEngineeringLaboratoryofLowPemabilityOilandGasFieldExplorationandDevelo[)ment3．SchoolofMechanicalEngineering，YangtzeUniversity)Abstract：Adoptionofpluggingballforblockingtheperforationoffracturedformationandselectivefractureoftheformationthathasjustbeenperforatedareeffecti

4、vemethodsformultilayerfracturing．Theblockedperforatedcasingsectionwillbeunderthereciprocalactionofinternalpressure，whichmaygiverisetolow-cyclecrackex—pansion．Thefiniteelementmethodwasusedtocalculatethestressdistributionofperforationandsingleholeedge．Acomparisonwasconductedtoprovethatsi

5、ngleholecanrepresentthestressdistributionofperforationedge．Throughalargenumberofcomputations，theyieldzoneofholeedgewasfittedintothefunctionsofperfora—tiondiameterandinternalpressure．Thelow-cyclecrackexpansionformulawasappliedtoconductaninitialcalcula-tionofthecrackexpansionwithintheyie

6、ldzone．Thecalculationshowsthatmuhilayerandmultiplefracturingmayleadtothecrackexpansionofperforationedge．Asaresult，casingfracturemayOccur．Keywords：fracture；perforatedcasing；singleholecasing；crackexpansion；finiteelementmethod；yieldZnn究¨，对低周疲劳裂纹扩展速率也有很多研0引言究

7、6一，但将二者联系起来研究，寻求射孔套管在内压反复作用下的裂

8、纹扩展还未见相应的报道。在射孔弹射孔中，套管孔眼周围不可避免地出笔者采用弹塑性有限元计算了受内压的射孔套现一些裂纹，在多层压裂的反复加载下，裂纹会逐管孔边的应力分布和单孔受内压的孔边应力分布，步扩展，最终造成射孔段套管断裂而失效。如何估计算结果表明二者比较接近，因此采用套管单孔计计射孔套管在多层压裂过程中反复加载而引起的微算孔边屈服范围，将孔边的屈服范围拟合成孔径和裂纹扩展的速率，最终估计在一定的内压下射孔套内压的多项式函数，再通过对套管材料低周疲劳裂管所能承受的反复加载次数，在压裂作业中具有实纹扩展的分析，可以得到在循环加载某一内压载荷际意义。的情况下射孔套管