井下套管复杂地应力的数值分析

套管破坏的原因主要是由于断层、蠕变地层、地震等所引起的非均匀荷载。通过建立三维的数值模型,考虑几种荷载的组合形式,采用有限单元法分析套管在不同的荷载组合下的力学和变形的性质。通过对此模型的分析以及ADINA后处理的数据表明：在轻微地震力作用下,对套管影响比较大的是断层和蠕动。     

非均匀地应力下蠕变地层套管的载荷分布

地层蠕变效应是引起套管损坏的主要原因之一,在非均匀地应力下,如何计算蠕变地层作用于套管上的最终稳定载荷是一个非常困难的问题.将套管看成弹性体,把地层视为无穷大的粘弹性体,建立了非均匀地应力条件下蠕变地层的开尔文模型本构方程,运用应力分析法和拉普拉斯变换法,求解出非均匀地应力条件下蠕变地层套管的载荷,并分析了套管载荷的分布.结果表明,当套管刚度较大时,经过足够长的时间,套管载荷趋于一个稳定的最大载荷分布,且其值接近于完全弹性解.     

非均匀地应力下蠕变地层套管的载荷与变形关系

蠕变地层中套管载荷与套管变形是两个相互作用的因素,给出了非均匀地应力下蠕变地层套管载荷和变形的解析解。地层蠕变效应是引起各类套管大量损坏的主要原因之一,在非均匀地应力下,如何计算蠕变地层作用于套管上的最终稳定载荷和套管最终变形,这是两个很难解决的课题。将套管看成弹性体,把地层视为无穷大的黏弹性体,利用非均匀地应力条件下蠕变地层的开尔文模型本构关系,运用半逆解法和拉普拉斯变换法,完善了非均匀地应力条件下蠕变地层套管载荷的解析解,进而求出了套管变形的解析解;研究了非均匀地应力下蠕变地层中套管载荷的分布规律和变形的影响因素。结论对蠕变地层中套管的选用有重要的参考价值。     

盐岩地层套管蠕变荷载试验及其数值分析

中原油田在钻遇盐岩层的油水井中,某些区块套管的损坏率高达65%,盐岩层蠕变是套管损坏的一个重要原因.通过对6块盐岩岩心进行地下条件的蠕变模拟试验,得出了盐岩层的蠕变规律和特征参数,建立了套管承受外载的有限元计算模型,并编制了计算程序.利用所编制的软件对中原油田某口井的套管蠕变载荷进行了数值模拟计算.结果表明,作用在套管上的径向载荷与相位角和蠕变时间有关,并且蠕变条件下套管的最大载荷超过原地应力10%左右.     

蠕变地层中含缺陷套管外挤压力分布的数值模拟

将蠕变地层视为粘弹性体,分别采用Maxwell粘弹性模型和线性强化弹塑性模型,建立了含缺陷套管—水泥环—蠕变地层有限元计算模型,旨在应用数值方法模拟在地质和工程因素及其联合作用下含缺陷套管外壁所受蠕动压力的分布规律,并对这类套管抗非均匀载荷的能力进行了有限元分析。采用逐步超松弛(SOR)迭代法进行了计算,为加快收敛速度,计算程序支持最佳松弛因子的自动快速搜索。算例分析表明,非均匀地应力条件下,最大地应力方向上套管外挤蠕动压力最小,而最小地应力方向上套管外挤蠕动压力最大;磨损缺陷改变了均匀载荷下套管外挤蠕动压力的分布规律,磨损处蠕动压力明显增大;与非均匀载荷相比,磨损是影响套管外蠕动压力分布更为敏感的因素。该数值结果可为复杂条件下含缺陷套管强度设计提供理论指导。     

蠕变地层中含缺陷套管外挤压力分布的数值模拟

将蠕变地层视为粘弹性体,分别采用Maxwell粘弹性模型和线性强化弹塑性模型,建立了含缺陷套管-水泥环-蠕变地层有限元计算模型,旨在应用数值方法模拟在地质和工程因素及其联合作用下含缺陷套管外壁所受蠕动压力的分布规律,并对这类套管抗非均匀载荷的能力进行了有限元分析.采用逐步超松弛(SOR)迭代法进行了计算,为加快收敛速度,计算程序支持最佳松弛因子的自动快速搜索.算例分析表明,非均匀地应力条件下,最大地应力方向上套管外挤蠕动压力最小,而最小地应力方向上套管外挤蠕动压力最大;磨损缺陷改变了均匀载荷下套管外挤蠕动压力的分布规律,磨损处蠕动压力明显增大;与非均匀载荷相比,磨损是影响套管外蠕动压力分布更为敏感的因素.该数值结果可为复杂条件下含缺陷套管强度设计提供理论指导.     

大位移井下套管受力分析和计算

通过分析套管柱在下入过程中的受力,导出了套管柱在大位移井中三维力学模型,该模型综合考虑了井斜角和方位角的变化、套管柱内外密度的不同、内外泥浆的压力以及套管自身的几何参数、物理参数等因素的影响,通过对模型的求解,可以得到不同井眼类型、泥浆密度、悬浮长度以及不同下套管方案下的套管受力,为大位移进下套管作业提供了力学参考,该模型所开发的软件可用于大位移井下套管摩阻预测和下套管方式的选择,用该软件在两实例加以验证,预测结果与实测结果吻合料好。     

油井套管阴极保护的数值方法

本文针对目前油井套管阴极保护中存在的问题，提出一种新的数值方法以提供恰当的外加电压，通过计算套管外壁上的电位分布，为阴极保护方法提供科学的数学理论依据，克服以往各种测试方法的不足，从而节约能源和原材料     

井下套管参数检测

研究了利用超声固井质量检测仪所采集的井壁信号数据进行套管参数（包括套管内径、椭圆度、厚度及套管接箍位置等）检测的原理及方法，可以图像的形式直观显示．理论研究和实际测井资料处理效果表明该方法是有效的，从而能充分发挥该仪器的多种功能，大大降低生产测井成本．     

井下套管阀应用介绍

井下套管阀是在进行欠平衡钻井中一种新型的非压井起下钻技术。能够有效的节约钻井成本,减少作业时间。在国外欠平衡钻井过程中已经得到广泛使用,在国内现在应用较少。本文介绍了井下套管阀的优势及组成部分,可供国内生产厂家参考。     

地下开挖围岩应力响应的数值分析

为了研究顶板自然崩落规律的应力响应,采用数值计算方法建立三维矿体模型,对工程开挖情况进行模拟计算,分析开挖过程中围岩应力的变化情况.结果显示:当采场进行拉底开挖后,围岩应力发生重分布,最大主应力在空区四周附近集中分布;在空区的周围存在应力松弛的区域,随着开挖面积的不断扩大,空区周围的应力松弛区不断扩大,竖向应力的应力减小区扩展到采场的整个顶板,水平应力的小应力区出现在空区顶板中央,且对称分布;在拉底面积达到一定值后,在拉底顶板中心位置将出现大范围的拉应力区;破坏首先从拉底区上部中间开始,呈拱形向上发展.     

致密油压裂套管变形应力特征数值模拟

中国非常规油气资源丰富,是重要的接替资源之一,但由于其储层的致密性,主要通过大规模体积压裂获得工业生产油气流,压裂过程中套管发生复杂的应力变化特征,油气井套管变形也越来越严重,目前对于套管内外壁、射孔簇间、段间等特征的认识尚不清晰。为此,基于压裂特点,提出数值模拟方法,利用实际典型套变井的压裂参数进行模拟和验证。结果表明：在压裂和返排阶段,射孔孔眼处均产生应力集中,但应力梯度变化不大;返排时在射孔簇间套管段与射孔同轴线方向的外壁形成高度应力集中,存在发生椭圆形变形危险;射孔段到射孔簇间段过渡区间,等效应力存在突变拐点,压裂阶段先突减后骤增,返排阶段先突增后骤减,返排时该段剪切应力集中达到峰值,易发生剪切破坏,形成套管错断。压裂阶段水泥环除在射孔孔眼处形成应力集中外,在射孔簇间段的水泥环的环向截面在轴线方位也存在较高的应力分布,造成水泥环一定程度的破坏,返排时水泥环破坏程度被加强,套损率较高。在相同压裂排量条件下,适当提高射孔簇长度、缩短射孔簇间距离、缩短压裂段间距能够有效提高套管的安全性,三塘湖M56区建议Φ139.7 mm P110套管射孔簇长度为1.5～3.0 m,射孔簇间距小于1...     

三维现今地应力场有限元数值计算

研究现今地应力场的分布规律对油气藏的勘探、开发有重要的指导意义.依据Petrel地质模型网格节点数据,建立有限元三维精细几何模型,并对岩体和断层进行不同尺寸的网格剖分.综合利用地球物理测井与岩芯资料,采用VB.net编程求得三维岩石力学参数,根据单元中心坐标分别赋予相应的参数.运用大型有限元软件ANSYS建立了塔里木盆地##2地区三维有限元模型,以测井应力解释剖面为井点应力约束条件,经过多次反演试算得到模型的合理边界条件.与现场资料数据比较发现:数值模拟结果吻合性较好.可为三维现今地应力场的模拟提供数值计算方法.     

8牙圆螺纹套管接头应力分析

应用弹性理论推导出了接头在不同工况条件下的应力表达式，并且在计算机上进行了模拟．计算结果与国外实验值有可比性，可用于工厂对套管进行力学性能分析．     

地应力测量数据的最优化数值模拟

利用地应力测量数据建立数学模型,按照不适定理论,依据HOOKE定律,采用最优化方法进行数值模拟,在电子计算机上求出最优化模拟数值．     

地下隔壁式钢筋混凝土岔管的应力研究

利用线性和非线性有限元方法，研究了地下隔壁工钢筋混凝土岔管在内压和外压作用下：围岩、衬砌和钢筋物应力，找出地下钢筋凝土岔管设计的一些控制条件，并普通Ｙ型岔 管进行比较，在相同条件下，隔壁式岔管中最大应力Ｙ型岔管锐角处应力的四分之一，可见隔壁式岔管在上压方面具有明显的优点。     

基于数值模拟的套管受力单因素分析

套管损坏一直是油田开发过程中的棘手难题,对套管受力及影响因素进行研究对保证套管安全具有重要意 义。考虑开发过程中储层渗流场与应力场的耦合作用,基于流固耦合理论,建立了套管水泥环围岩组合体系 的数学力学模型,根据单因素理论,通过数值模拟,揭示了套管的径向挤压力随注水压力、套管参数、地层参数和地应 力的变化规律：套管的径向挤压力随注水压力、套管壁厚、地层泊松比、弹性模量的增大而减小;随着套管弹性模量、 直径、地层渗透系数、地应力的增大而增大。研究成果将为油田套管保护和预防套损提供理论指导。     

鄂尔多斯盆地F区力学特征及地应力分析

地层的力学特征是井身结构设计和钻井液设计的重要基础。以鄂尔多斯盆地F区扩径较高的延长组为研究对象,通过三轴压缩实验、巴西劈裂等室内实验得到其抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角和抗张强度等静态岩石力学参数,通过声波时差、密度等计算其动态岩石力学参数,建立动态和静态岩石力学参数之间的转化关系。通过工区的压裂资料,反演出延长组的地应力分布,进而计算出地层的坍塌压力和破裂压力,建立地层的三压力剖面,为延长组的井身结构设计和钻井液的设计提供参考。     

SL-2-(7)型套管头结构应力分析

应用有限单元法对SL2-(7)型套管头结构进行应力分析,将套管头分成密封结构和承载结构2部分进行有限元应力计算,得到结构整体应力分布情况和单个构件的应力分布情况以及最大应力的分布位置,从而为SL-2-(7)型套管头结构设计提供了可靠的依据.