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《中国石油大学》 2007年
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稠油热采井套管柱损坏机理及预防措施研究

赵洪山  
【摘要】: 在油田的开发过程中,采油套管损坏给油田造成了巨大的经济损失。通过对油田现场稠油热采井套管的主要破坏形式和部位特点的调研分析,结合稠油热采井油层出砂严重等特点,采用理论分析、数值计算的方法,研究了稠油热采井在不同的热采措施下引起套管损坏的机理及预防措施。 以地层-水泥环-套管组合系统为研究对象,根据弹性力学理论,分析了套管、水泥环在理想状况下受非均匀地应力和均匀内压共同作用时的承载特性,给出了油井生产过程中套管壁上的应力分量计算表达式。进而揭示了水泥环的弹性模量、壁厚及套管壁厚等因素对套管和水泥环受力分布的影响规律。以泥岩蠕变地层为例,阐明了流变地层中套管容易发生破坏的原因。 基于普氏自然平衡拱理论,考虑套管与地层的相互作用,通过对油层出砂引起的空洞形态分析,给出了油层出砂形成空洞后淘空段套管所受轴向力的计算公式。从而建立了套管失稳破坏与出砂量之间的关系,并分析了不同的钢级和壁厚对套管发生失稳破坏时出砂量的影响。 将水泥环及围岩对套管的约束处理成沿套管轴连续分布的径向弹簧约束,通过近似的三维解析计算,推导了由于地层下陷附加于套管的应力计算表达式。同时考虑地应力、地层下陷附加于套管的应力,以及注汽过程中的热应力,建立了常规井和热采井中由于地层下陷对套管应力影响的分析方法。 根据弹性力学理论,推导了套管在热应力和非均匀地应力作用下的三轴应力计算表达式,以使得套管的有效应力控制在其相应温度下的最小屈服极限内为原则,建立了一套适合稠油热采井的套管柱三轴预应力计算方法及套管柱强度设计校核方法。通过研究成果的现场应用,验证了所建立的分析理论及应用方法的可靠性和有效性。
【学位授予单位】:中国石油大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TE358

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