开窗侧钻过程对水泥环胶结强度与生产套管强度的影响研究

作     者：贾威 

作者单位：东北石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁宇奇

授予年度：2023年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

主      题：开窗侧钻 周期性钻压 胶结强度 剩余强度 

摘      要：开窗侧钻技术作用在于能够恢复各油井的生产效率,有效降低油田的综合开发成本。现阶段,为了确保侧钻新井的安全,往往选取开窗侧钻点上侧20m～30m位置悬挂新的套管,加长悬挂位置对套管造成了极大的浪费。新套管悬挂过高主要是由于开窗侧钻后水泥环及其胶结面的破坏情况和套管的剩余强度无法确定,导致只能通过加长悬挂的方式保证侧钻井的安全。论文针对该问题,以套管-水泥环-地层组合系统为研究对象,对其开窗侧钻过程中动力学响应情况进行研究。具体开展的研究工作如下:(1)根据某油井开窗侧钻数据,得到固井状态下套管和水泥环的结构参数和载荷参数,详细叙述了水泥环胶结面模拟及载荷传递相关计算方法,并且基于固井状态水泥环的初始胶结强度,提出了水泥环胶结强度评定方法,通过与理论计算结果进行对比,验证了本文建立的套管-水泥环-地层组合系统载荷传递的准确性,基于第四强度理论和抗内压系数得到套管强度与剩余强度评定方法。(2)考虑开窗侧钻过程中套管的受力状态,基于铣锥铣削的冲击载荷作用,对增广拉格朗日矩阵进行推广,建立了组合系统基于冲击效应的拉格朗日法,该方法能够描述接触力和能量之间的平衡,确保线动量的适当传递,保证铣削套管会对胶结面造成持续的冲击作用。进一步对其研究,得到基于阻尼矩阵的谐波运动方程,该方程能够充分考虑组合系统在周期性钻压作用下的响应特性。(3)通过对基础工况的分析,得到水泥环及其胶结面的失效范围,以及开窗侧钻过程中水泥环第一、二胶结面胶结强度的变化情况。对比分析不同泵压和不同水泥环厚度对周期性钻压的响应情况和破坏情况,结果表明泵压越大,水泥环破坏范围越大,水泥环胶结面失效范围越大;水泥环越厚,水泥环破坏范围越大,水泥环胶结面失效范围越大。(4)通过对给定井况开窗侧钻过程中套管柱的动力响应特性分析,得到开窗侧钻过程中套管柱的响应状态,并对给定井况下套管的剩余强度进行分析,得到套管的失效范围。对比分析不同泵压和不同水泥环对周期性钻压的响应情况和破坏情况,结果表明泵压越大,套管的失效范围越大;水泥环越厚,套管的失效范围越大。本文通过对不同工况下套管-水泥环-地层组合系统在周期性钻压作用下的结构响应和破坏影响因素进行计算分析,从而为套管悬挂位置提供参考,减少过度悬挂带来的损失,加强新套管悬挂位置的经济性和安全性。