热采井套管损坏机理研究

作     者：甘全 

作者单位：西南石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：练章华

授予年度：2017年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：稠油热采 蒸汽吞吐 水泥环缺失 套管损坏 有限元方法 

摘      要：稠油热采有助于油田产量的提高,但注入的高温蒸汽使得套管承受较大的热应力,从而降低了套管的使用寿命。套管损坏是疏松砂岩稠油热采过程中所面临的一个重大难题。套管损坏不但会造成地层储量动用程度降低,而且会加重平面矛盾,导致开发程度变低,严重影响油田稳产和采收率提高;油井套管损坏会给油田带来巨大的经济损失,油田每年都需要投入大量资金用于补钻更新井、加密井和修复套损井,降低了油田开发的经济效益。因此本论文开展了热采井套损机理的研究,为热采井套损防治提供理论依据。新疆风城油田重32井区自2010年投产以来,在3～4年间出现了 86 口井套管损坏,主要形式包括套管缩径变形、套管破裂、套管错断,严重影响了油田生产和后期建设,套管损坏问题亟待解决。本论文针对风城油田重32区套管损坏机理进行了研究所取得的主要成果及认识如下:（1）首先调研、收集了国内外热采井套管损坏研究相关资料和研究现状。同时对新疆风城油田重32井区86 口套损井资料进行了系统的分析,主要包括套管损坏的主要形式、套损出现位置、套管规格、注汽轮次、注汽参数、固井质量和出砂情况等因素对重32区热采井套损的影响,为整个论文的研究工作提供了现场资料。（2）基于重32区套损井地质资料、岩石力学参数、热采井参数等,建立套管-水泥环-地层的热-固耦合有限元模型,对井周温度场、套管应力场及套管强度等进行了有限元仿真模拟研究。研究结果表明:在第一轮注汽生产时,套管的Von Mises应力就已经超过了 N80套管材料的屈服极限,为套管选材提供了理论依据。（3）针对现场套管螺纹接头被拉断现象,开展了热采井套管残余拉应力研究,分得到了每一个注汽轮次中套管内残余拉应力与注汽轮次定量数据关系曲线,为注汽轮次的控制与套管安全运行的评价提供了理论数据。（4）建立了砂岩-泥岩-砂岩的三岩层剖面模型,获得了不同周期套管、水泥环内VonMises应力的变化关系。由于砂岩和泥岩热传递参数的差异,使得套管内和地层内应力分布不均匀,使套管内处于非均匀载荷作用下发生变形破坏。（5）为了分析固井质量与套损的关系,建立了水泥环不同周向缺失程度的有限元力学模型,研究结果表明:水泥环缺失处套管内的应力和位移均远大于水泥环未缺失处套管内的应力和位移,并获得了水泥环缺失处定量的VonMises应力与应变的定量数据,为固井质量好坏与套损的关系提供了理论数据。