油井套管抗挤能力分析及如何防止油层套管损坏

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油井射孔段套管剩余抗挤能力评估是防止油层套管损坏研究的重要内容之一。在研究了孔眼附近应力集中的基础上,针对油层射孔段套管特点,主要开展了如下几方面工作:给出了射孔段套管整体弹性屈曲一般控制方程,针对该变系数控制方程的特点,通过巧妙地引入小参数ε,建立了射孔段套管弹性屈曲线性近似控制方程,采用摄动理论,求出了弹性屈曲问题解的一般形式。针对不同的孔眼形状及布孔格式得到了弹性抗挤能力系数的计算公式。在弹性解的基础上,提出了“等效孔眼”的概念,给出了考虑孔口边缘应力集中影响时确定射孔段套管抗挤能力的分析方法,研究了射孔参数对射孔段套管抗挤能力的影响。在考虑小参数ε依次项影响的基础上,进一步研究了小参数ε高阶项对计算结果的影响,建立了考虑小参数二阶项影响的射孔段套管弹性屈曲近似控制方程,给出了含有ε2项影响的射孔段套管屈曲问题解的一般形式。数据计算结果表明,文中所提供的射孔段套管抗挤能力分析方法是可靠的,当孔密低于20孔/m时,射孔段套管的抗挤能力并无显著的降低;“等效孔眼”的轴向最大尺寸、布孔格式和孔密的变化,对小参数及射孔段套管抗挤能力都有直接的影响。在“等效孔眼”的轴向最大尺寸d0e<30mm,孔密Dn<40孔/m的条件下,仅考虑ε一次项可以给出满意的结果,不必考虑小参数高阶项的影响。在研究了地层蠕变效应对单层套管影响的基础上,假定地层为粘弹性的,进一步研究了多层组合套管的蠕变附加载荷计算方法,通过引入柔度系数的概念,给出了任意多层组合套管的蠕变附加载荷及各层套管间压力传递系数规准方程及计算公式一般形式。计算结果表明,尽管组合套管的层数增加,蠕变附加载荷也相应地增大,但组合套管对提高套管整体抗挤毁能力效果显著。在研究了增强套管自身抗挤毁能力的常用方案(增加壁厚或采用组合套管)的基础上,针对油层射孔套管,提出了采用“预内衬套管”来增强射孔套管抗挤能力的建议,给出了与预内衬套管设计相关的计算公式。
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