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在石油工程中,套损已经成为一个备受关注的热点问题。目前套损速度有逐年增加的趋势,这严重影响了各大油田的生产,造成人力、物力和财力的巨大损失。随着油气开发事业的发展,油气田的地下地质环境日益复杂,油水井套管的工作环境也随着日益恶化,是套损的根本原因。因此,研究油水井套损机理具有重要的理论意义和工程意义,这将为从根本上解决油水井套损问题提供理论依据。
油水井套损问题是一个涉及地质力学、固体力学、流体力学、材料腐蚀及材料强度理论等多门学科和领域的复杂问题。现场调查表明,套管由于管外作用力过大而损坏是主要的破坏形式。其中,盐膏层套管挤毁是最典型的一种,作用在套管外壁的非均匀外压力是套管挤毁的根本原因。因而,从力学上解释这种现象,为设计和选择合适的套管产品提供依据,对从根本上解决盐膏层套管挤毁问题具有重要的应用价值。本文围绕这一问题,主要做了以下几个方面的工作:1.本文从上覆岩层压力、盐岩蠕变和现场套损实例角度,论证盐膏层内套管受非均匀外压力的作用是套损的主要原因。应用有限元方法研究了四种非均匀外压力对套管抗挤强度的影响,找出了最危险的外压力形式。结合风险分析和有限元方法,建立了套管挤毁的风险评估方法。
2.针对盐膏层的特殊需要,研究新型高抗挤套管的设计方法,并设计出具有足够强度和射孔韧性的特殊套管产品,其中包括和其它常规套管配合使用所必需的过渡接箍。
3.对新型高抗挤套管产品的抗挤性能进行敏感性分析,主要研究在均匀和非均匀外压力作用下,理想圆套管、含制造缺陷(椭圆度和壁厚不均度)的套管、含磨损缺陷的理想圆套管的抗挤性能,为套管产品的工程应用提供理论依据。
4.应用复合管柱设计理论,设计含盐膏层井的套管柱组成方案,在实际的油气井工程中应用,对方案进行经济评价。
本论文所作的理论研究和工程实践,为最终解决套损问题提供了理论上的参考依据和物质基础。