复杂井筒条件下套管有效强度研究

• 作 者: 唐巍
• 出 处: 西南石油大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 套管有效强度 强度校核 非均布外载 水泥环卸载 偏心

常规套管强度设计没有考虑非均布外载和水泥环的影响,故论文提出了复杂井筒条件下套管有效强度的计算方法。利用该方法校核固井后套管有效强度,为后期压裂酸化和多级分段压裂等增产措施提供指导性技术指标,还能结合井下复杂情况分析套变井的套变机理,这些都是论文研究成果在现场的应用方向。特此说明,论文中的套管强度特指套管抗挤强度,有效抗挤强度就是套管在多种因素作用下的实际抗挤能力。由于目前套管强度研究缺少实验验证,论文采用自主设计的机械式套管受力模拟试验装置进行实验研究,与液压式装置相比,机械式套管受力模拟试验装置具有可以模拟多种非均布外载、实验操作简单和试验成本较低的优点。通过大量试验,将实验结果与理论计算、有限元分析相互印证,进一步完善复杂井筒条件下套管有效强度计算方法。套管受力模拟实验研究表明:非均布外载导致套管抗挤强度减少12.8%,局部外载条件下套管抗挤强度大幅度降低。水泥环保护套管的作用比较明显,套管100%居中条件下高强度韧性水泥环可以卸去27.4%的外载;套管偏心导致水泥环卸载作用降低,套管居中度为30%时和100%居中相比,水泥环卸载能力降低6.9%,这一数值在椭圆非均布外载下为2.9%,说明在现场非均布地应力条件下,套管偏心对水泥环的卸载作用影响不大;相比弹性模量,水泥石屈服强度对水泥环的卸载作用影响更大;套管和水泥环的胶结对水泥环的卸载作用几乎没有影响。另外,大主应力正对偏心窄间隙时水泥环的卸载能力更低。