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热采井套损数值仿真及防控研究

作　者: 吕祥锋
导　师: 刘建军；何翔
学　校: 武汉工业学院
专　业: 机械设计及理论
关键词: 热采水平井热固耦合弯管应力套损数值分析防控措施
分类号: TE358
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

稠油热采大大提高了油田的产量,但注入的高温蒸汽使得套管承受较大的热应力,而降低了套管的使用寿命,尤其对热采水平井弯管段的影响最为明显。在稠油热采过程中,套管的受力环境十分复杂,与储层温度场、应力场的耦合作用紧密相关,正是这种复杂的多场耦合作用,使得套管产生应力集中而导致损坏。因此,从油藏温度场与应力场耦合作用的角度,分析热采油田生产中出现的套损问题,具有十分重要的理论意义和应用价值。本文基于油藏温度场、应力场的热固耦合理论,通过对热采井弯管段套管应力的数值分析,得出了热应力、不同地质构造及不同筛管悬挂高度对弯管段套管应力的影响规律。计算结果可为分析热采油田套管受力及套损原因,防治套管损坏提供基本理论依据。主要的工作包括:(1)通过对大量现场资料的调研,得出了热采油田套损极易发生在弯管段,提出了具体研究对象及其研究方法;(2)建立套管-水泥环-围岩的有限元模型,通过数值模拟,将套管-水泥环-围岩三材料复合单元等效为一种材料的单元,并给出合理的等效计算方法;(3)利用二次单元方法,对单井弯管段套管周围地层内的温度场和应力场进行耦合分析,研究蒸汽注入后由于温度场变化及不同地质构造所引起的套管应力的再分布情况;(4)对复杂地层条件下筛管不同悬挂高度时温度场和应力场进行耦合分析,研究蒸汽注入后温度场变化时,筛管不同悬挂高度对套管应力的再分布情况;(5)通过对热采井弯管段温度场和应力场的耦合分析,得出套损与温度场变化、地质构造及筛管不同悬挂高度等的关系,可为分析热采油田套损原因及套管保护提供技术支持。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-22
  1.1 选题依据与研究意义  11-13
    1.1.1 研究问题的提出  11-12
    1.1.2 研究意义  12-13
  1.2 稠油油藏发展现状  13-15
    1.2.1 稠油油藏分布  13-14
    1.2.2 稠油开发现状  14-15
  1.3 热采井套损研究现状  15-19
    1.3.1 国内外热采井套损机理研究现状  15-18
    1.3.2 国内外热采井套损控制技术研究现状  18-19
  1.4 主要研究内容及技术思路  19-21
  1.5 本章小结  21-22
第2章热-固耦合理论  22-30
  2.1 理论基础  22
  2.2 温度场与应力场耦合理论  22-25
    2.2.1 应力场基本方程  22-24
    2.2.2 热传导基本方程及定解条件  24
    2.2.3 热－固耦合方程  24-25
  2.3 热应力对套损影响的计算理论  25-29
    2.3.1 热注过程套管受力理论分析  25-28
    2.3.2 套管强度校核  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章套管单元等效方法的理论研究  30-45
  3.1 研究现状  30
  3.2 套管单元等效方法的理论研究  30-44
    3.2.1 套管受力分析  30-32
    3.2.2 套管单元变形场方程及数值计算  32-35
    3.2.3 等效单元模型  35-42
    3.2.4 基于等效参数的套损数值仿真  42-44
  3.3 本章小结  44-45
第4章基于热固耦合理论热采井弯管段套损仿真  45-86
  4.1 研究问题的提出  45
  4.2 耦合作用下弯管段套损数值仿真  45-73
    4.2.1 井身温度分布一般规律  45-48
    4.2.2 弯管段井身结构  48
    4.2.3 弯管段计算模型  48-50
    4.2.4 实际砂泥岩互层弯管段套管应力仿真  50-57
    4.2.5 温度变化对弯管段套管应力影响的仿真  57-62
    4.2.6 砂泥岩层厚度对弯管段套管应力影响的仿真分析  62-71
    4.2.7 计算结果  71-73
  4.3 特殊条件下弯管段套损仿真分析  73-84
    4.3.1 不同筛管悬挂高度影响下套损仿真分析  73-79
    4.3.2 特殊地质构造影响下套损仿真分析  79-84
    4.3.3 计算结果  84
  4.4 本章小结  84-86
第5章结论与展望  86-90
  5.1 主要结论  86-87
  5.2 防控建议  87-89
    5.2.1 热采井套管损坏原因分析  87-88
    5.2.2 热采井套管损坏主要防控措施  88-89
  5.3 有待进一步研究的问题  89-90
    5.3.1 温度对套管强度的影响  89
    5.3.2 交变应力对套管损坏的影响  89
    5.3.3 井身结构变曲率井段易发生套管变形及损坏  89-90
参考文献  90-95
致谢  95-96
攻读硕士学位期间发表论文及参与课题清单  96-97

热采井套损数值仿真及防控研究

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