井下套管弯曲变形的数值模拟.pdfVIP

维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第 29卷 第 5期 2005年 1O月 JOURNAIOFDAQINGPETROIEUM INSTITUTE VoI．29 No．5 Oct． 2005 井下套管弯曲变形的数值模拟 刘 扬 ，何秀清 ，王彦兴 (1．大庆石油学院石油工程学院，黑龙江 大庆 163318； 2．大庆油田有限责任公司 井下作业分公司，黑龙江 大庆 163453) 摘 要-．N用有限元方法对井下套管的弯曲变形进行了数值模拟，分析了井下套管的弯 曲变形与有效通径、水泥环 和地层岩石的破坏范围之间的关系．结果表 明：地层滑移时，水泥环在套变处破坏范围为 0．5～0．8m；水泥环周围的岩 层破坏范围为 1．o～1．5m；数值模拟的结果可为修井及水力压裂实施提供依据． 关 键 词：套管；弯 曲变形；修井 ；水力压裂 ；有限元法 中图分类号 ：TE931．2 文献标识码：A 文章编号 ：1000—1891(2005)05—0035—02 0 引言 地壳内部的运动、地层(油层)的非均质性、油层倾 向、岩石性质、地层断层活动、地层腐蚀等将导致油 水井套管技术状况变差 ，这些因素一经外部因素 (如注入的高压水窜入泥页岩层)引发 ，在局部地区区块间 将产生较大压差 ，应力转移到套管上 ，导致成片套管损坏区及局部小区块套管损坏区的出现_】J．套管强 度设计的理论和方法以完井施工作为主要考虑因素，而对采油、注水作业 中地应力变化考虑较少或未予考 虑．油水井投产后 ，套管承受的外载 比完井时大得多，易造成套管损坏．随着油 田注水开发时间的延续和 注水压力的提高，油 田的套损状况 由初期的套管腐蚀、轻微单点变形逐步发展到严重变形、长井段多点变 形及活动型、坍塌吐岩型、小通径及无通道错断等类型，并且以变形、错断为主L1]．截至 2005年 4月，大庆 油 田套损井共有 10463口，其中变形井 5591口，错断井 3995口，变形井 占套损井总数的53．4 ． 1 力学模型 该模型的上 、下隔层厚度各选为 10m，由于结构关于井筒具有对称性 ，左右设为 轴，各取 5m，坐标 原点设在井筒圆心处，而前后为Y轴，各取 3m，轴与井筒轴线重合，对称面为 平面．共定义 47963 个节点，38001个 C3D8R单元和 3637个接触单元 ，模型的变量数为 154803个 ，用 ABAQUS软件进行 数值分析．套管材料为N80，其弹性模量为 2．1×10MPa，泊松 比为 0．3，屈服强度和强度极限分别为 5．8×10MPa和 7．6×10MPa；水泥环的弹性模量为 2．0×10MPa，泊松比为 0．33，抗拉强度和抗压强 度分别为 5MPa和 50MPa；上 、下覆岩石的弹性模量为 2．2x10MPa，泊松 比为0．3；滑移层岩石的弹性 模量为 1．5×10MPa，泊松比为 0．25，其抗拉强度和抗压强度分别为 5MPa和 50MPa． 2 结果及分析 2．1 套变后水泥环及地层的破坏范围 套变后水泥环及其周围的地层岩石受到不 同程度的破坏 ，利用 ABAQUS软件模拟水泥环破坏范围 的结果见图 1和图2，模拟地层破坏范围的结果见图3和图4． 收稿 日期：2005一o3—04；审稿人：罗 敏；编辑：任志平 作者简介：刘 扬 (1957一)，男，博士，教授 ，博士生导师，主要从事油 田地面工程仿真与优化方面的研究 维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第 29卷 2005年 图1 地层滑移引起套变后水泥环的拉应力 图2 地层滑移引起套变后水泥环 的压应力 超过 5MPa的范 围 超过 80MPa的范 围 图3 地层滑移套变后套变点附近岩层 图4 地层滑移套变后套变点附近岩