射孔測(cè)試改造聯(lián)作套管強(qiáng)度熱結(jié)構(gòu)耦合分析.pdf

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1、石油機(jī)械CHINAPE3ROLEUMMACHINERY2010年第38卷第12期●設(shè)計(jì)計(jì)算射孔測(cè)試改造聯(lián)作套管強(qiáng)度熱結(jié)構(gòu)耦合分析竇益華楊鵬張明友龐東曉(1．西安石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院2．中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院3．川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院)摘要高溫高壓深井試油多采用射孔測(cè)試改造聯(lián)作的方式，施工時(shí)井底溫度會(huì)降低很多，從而引起熱應(yīng)力。以SI16井為例，考慮了非均勻地應(yīng)力與儲(chǔ)層改造降溫的耦合作用，進(jìn)行了射孔測(cè)試改造聯(lián)作套管強(qiáng)度熱結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)分析，建立了射孔套管一水泥環(huán)．地層三維空間有限元分析模型，采用ANSYS有限元軟件的間接法分析了射孔套管在溫度場(chǎng)和非均勻地應(yīng)力

2、共同作用下的應(yīng)力。結(jié)果認(rèn)為，射孔套管內(nèi)最大等效應(yīng)力隨套管內(nèi)壁溫度與地層初始溫度差值的增大而增大；射孔套管內(nèi)最大等效應(yīng)力總是在最小地應(yīng)力方向取得最大值。關(guān)鍵詞射孔測(cè)試改造聯(lián)作射孔套管熱應(yīng)力非均勻地應(yīng)力耦合分析以SLI6井第1次試油為例，射孑L測(cè)試改造聯(lián)作后，0引言管柱無(wú)法起出；強(qiáng)行拔斷管柱后，封隔器及其以下的射孔槍串作為“落魚(yú)”被卡在井下。為了提高勘探工作效率和發(fā)現(xiàn)率，現(xiàn)代試油特為此，筆者考慮了非均勻地應(yīng)力與儲(chǔ)層改造降別是高溫高壓深井試油多采用射孑L測(cè)試改造聯(lián)作的溫的耦合作用，進(jìn)行射孔測(cè)試改造聯(lián)作套管強(qiáng)度熱方式¨～——將帶有射孔槍的試油管柱下到預(yù)定井結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)分析，以SL16井

3、為例，取非均勻地應(yīng)深，坐封封隔器，射孔，開(kāi)井，必要時(shí)進(jìn)行酸化、力下射孑L、測(cè)試、儲(chǔ)層改造射孔段套管為研究對(duì)壓裂等儲(chǔ)層改造。根據(jù)電子壓力計(jì)的記錄，酸壓改象，建立射孑L套管一水泥環(huán)一地層真三維空間有限元造，尤其是冬季大排量注人時(shí)，井底溫度會(huì)降低很分析模型，采用ANSYS有限元軟件的間接法分析多，從而引起熱應(yīng)力。近年來(lái)，人們就射孑L段套管射孔套管在井下溫度場(chǎng)和非均勻地應(yīng)力共同作用下的剩余強(qiáng)度及其力學(xué)分析做了大量工作，但沒(méi)的應(yīng)力。有考慮井底溫度降低對(duì)射孔段套管力學(xué)性能的影響?，F(xiàn)有的射孔套管研究文獻(xiàn)大多將套管作為研究1射孔套管．水泥環(huán)地層三維有限元對(duì)象，忽略了水泥環(huán)和地層對(duì)套管的作用，

4、或者是模型將射孔套管一水泥環(huán)一地層簡(jiǎn)化為平面軸對(duì)稱(chēng)模型。這些簡(jiǎn)化主要是回避套管一水泥環(huán)一地層真j維空問(wèn)1．1力學(xué)模型及假設(shè)有限元分析時(shí)自由度太大而難以求解這一困難；其固井后，水泥環(huán)將套管與地層緊密地結(jié)合在一次是人們對(duì)非均勻地應(yīng)力場(chǎng)中由于套管內(nèi)溫度變化起，根據(jù)彈性力學(xué)理論和油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際做以下假導(dǎo)致的熱應(yīng)力還沒(méi)有足夠的認(rèn)識(shí)和重視。根據(jù)彈性設(shè)：①套管、水泥環(huán)、地層均為各向同性的彈性材力學(xué)理論，溫度降低后，射孔段套管的載荷及料；②套管、水泥環(huán)均為理想的圓筒，且與井眼同應(yīng)力丁況將更加惡劣，加大了射孑L段套管塑性變形心；③固井質(zhì)量良好，套管、水泥環(huán)、地層完全接的風(fēng)險(xiǎn)。隨著射孔、測(cè)試、儲(chǔ)層

5、改造聯(lián)作T藝的應(yīng)觸；④射孔孔眼為理想的圓柱形，不存在堵塞、偏用，出現(xiàn)了多起射孑L段套管變形、卡槍事故。心現(xiàn)象，孔眼中心軸線與套管軸線垂直相交?；痦?xiàng)目：同家[I然科學(xué)金項(xiàng)目“石油套管膨脹后的強(qiáng)度及其力學(xué)機(jī)理研究”(50704026)；中國(guó)石油重點(diǎn)工程攻關(guān)項(xiàng)目“超深高溫離壓含硫化氫儲(chǔ)層及復(fù)雜巖性低滲儲(chǔ)層試油(含措施改造)配套技術(shù)研究”。2010年第38卷第12期竇益華等：射孔測(cè)試改造聯(lián)作套管強(qiáng)度熱結(jié)構(gòu)耦合分析1．2基本數(shù)據(jù)層單元數(shù)為17963個(gè)，合計(jì)86196個(gè)單元。SL16井套管規(guī)格為~127．0Illmx12．14mmTP140V，井眼直徑149．2mm，圍巖長(zhǎng)度和寬2射孔

6、套管一水泥環(huán)一地層溫度場(chǎng)分布度取1000mm；套管材料彈性模量與泊松比為：規(guī)律分析E。=210GPa，1=0．25；水泥環(huán)材料彈性模量與泊松比為：E=11GPa，=0．25；圍巖彈性模量根據(jù)電子壓力計(jì)的記錄，儲(chǔ)層改造，特別是冬與泊松比為：E：20GPa，3=0．3；套管、水泥季大排量酸壓改造過(guò)程中，井底溫度降低很多，設(shè)環(huán)、圍巖的導(dǎo)熱系數(shù)分別為64．5、1．72和2．43酸化施工時(shí)套管內(nèi)壁溫度從初始溫度150℃依次w／(m·℃)，它們的線膨脹系數(shù)分別為13．0X降為120、90、60和30℃，地層遠(yuǎn)場(chǎng)溫度保持不10～、10．5X10和9．7X10℃～；地層的初始變。圖2為射孔套

7、管溫度場(chǎng)分布等值線圖。溫度150℃，最大主地應(yīng)力=125MPa，最小主地應(yīng)力^：113MPa，套管內(nèi)壓P=70MPa；射孔孔徑為12．7mm、孔密n=16個(gè)／1TI、相位角0=90。。1．3單元選取采用ANSYS有限元軟件提供的間接法實(shí)現(xiàn)外載荷與熱應(yīng)力的耦合分析，用Solid70單元進(jìn)行熱分析。ANSYS有限元軟件可將Solid70單元轉(zhuǎn)換為Sol，id45單元進(jìn)行熱結(jié)構(gòu)耦合分析。Solid45為三維實(shí)體2(I．000120．035121L071)121．1(~120,[41l!_】【】l8l2(1()