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分类号TE257+.1学号2009002019密级硕士学位论文题目高温高压深井射孔段套管强度安全性分析作者姓名邹云指导教师姓名、职称许爱荣副教授学科(专业)名称机械电子工程提交论文日期2012年5月20日I学位论文创新性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：____________日期：____________学位论文使用授权的说明本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。论文作者签名：__________日期：__________导师签名：__________日期：__________中文摘要II论文题目：高温高压深井射孔段套管强度安全性分析专业：机械电子工程硕士生：邹云（签名）指导教师：许爱荣（签名）摘要高温、高压、高地层压力系数、高地应力及其不均匀性增大了套管所受外挤压力，加大套管挤毁风险。射孔后套管管体出现孔眼，破坏其柱面完整性，若套管射孔后严重开裂，套管的寿命将会缩短，其安全性受到威胁，可能导致油井早期报废。因此，本文对高温高压深井射孔段套管进行强度安全性分析。射孔后孔眼附近产生的应力集中降低射孔段套管强度，通过有限元法模拟分析射孔参数对套管强度的影响，结合实验应力分析来确定射孔孔边的应力集中程度及其对套管强度的影响，并得出应力集中系数与射孔参数的关系。孔边裂纹降低套管的抗内压强度，应用断裂力学理论计算射孔套管孔边裂纹应力强度因子，建立含孔边裂纹射孔套管三维模型，通过有限元分析计算孔边裂纹长度对射孔段套管抗内压强度的影响。钻井完成后，在后续试油、完井及开采阶段，射孔段套管承受非均匀地应力作用，采用ANSYS有限元法对非均匀外挤载荷下的套管进行强度计算。实际工作中，射孔套管-水泥环-地层系统视为整体，完井投产后，要达到油井增产目的，需要对储层进行改造，随着液体的注入，射孔段套管井筒温度降低，引起应力重新分布，为确保射孔段套管的安全，对系统作热-应力耦合分析，得到射孔段套管应力场和温度场分布。基于上述分析思路与方法，可以在完井前对射孔段套管进行强度安全性评价，同时可为深井的套管柱强度设计提供参考。关键词：高温高压深井射孔段套管强度安全性有限元分析论文类型：应用技术研究英文摘要IIISubjectSubjectSubjectSubject：：：：SSSStrengthtrengthtrengthtrengthSatetySatetySatetySatetyAAAAnalysisnalysisnalysisnalysisforforforforPPPPerforaterforaterforaterforatededededCCCCasingasingasingasingininininHHHHighighighighTTTTemperatureemperatureemperatureemperatureandandandandHighHighHighHighPPPPressureressureressureressureDDDDeepeepeepeepWellWellWellWellSpecialitySpecialitySpecialitySpeciality::::MechanicalMechanicalMechanicalMechanicalandandandandElectronicElectronicElectronicElectronicEngineeringEngineeringEngineeringEngineeringNameNameNameName::::ZouZouZouZouYunYunYunYun（（（（signaturesignaturesignaturesignature））））IIIInstructornstructornstructornstructor:Xu:Xu:Xu:XuAirongAirongAirongAirong（（（（signaturesignaturesignaturesignature））））ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACTOuterpressureofthecasinginHPHT(highpressureandhightemperature)deepwellisincreasedwithhighgroundstressandnon-uniformin-situstress.Thenthereisriskforcasing.Perforationcompleted,theholesinfluencetheconsistencyofperforatedcasing.Ifunconventionalcrackshappen,theworkinglifeoftheperforatedcasingwillbedecreasedandthesafetywillbeaffected.SothestrengthsafetyforperforatedcasinginHPHTdeepwellwasanalyzedinthispaper.Theperforatedcasingstrengthisdecreasedwiththestressconcentrationneartheperforations.Theperforationparametersandstressconcentrationfactorwasanalyzedbyusingfiniteelementanalysissoftware.Thereareoftencracksneartheperforations.Asaresultofcracks,theburststrengthofperforatedcasingisdecreased.Thethree-dimensionalmodelofperforatedcasingwithholeedgecrackswasestablished.Therelationshipbetweencrackslengthandburststrengthwasanalyzedbyusingfiniteelementanalysis.Afterthedrillingcompletion,theoilwellmaybetestedandbeputintoproduction.Perforatedcasingisexertednon-uniformin-situstress.Cosideringformationstress,finiteelementmodelwasestablishedbyusingANSYS.Infact,needtotakeperforatedcasing-cementrocks-bondingrocksasasystem.Acidificationwasusedtoincreaseproductionaftercompletion.Consideringthetemperatureloads,thehotstructurecouplingofperforatedcasingunderacidificationconditionwasanalyzedinthispaper.Basedontheaboveconclusions,allowableworndepthofcasingandreasonableperforatedparametersunderthenon-uniformstresswerederivedthatcanprovidereferenceofdeepwellcasingstringstrengthdesign.KeyKeyKeyKeywords:words:words:words:HPHT,HPHT,HPHT,HPHT,pppperforaterforaterforaterforatededededcasingcasingcasingcasing,,,,strengthstrengthstrengthstrengthandandandandsafetysafetysafetysafety,,,,FiniteFiniteFiniteFiniteElementElementElementElementAnalysisAnalysisAnalysisAnalysisThesis:Thesis:Thesis:Thesis:ApplicationApplicationApplicationApplicationStudyStudyStudyStudy目录IV目录第一章绪论.............................................................................................................................11.1问题的提出及研究意义.....................................................................................................11.2射孔套管强度分析国内外研究现状.................................................................................21.3本文主要研究工作.............................................................................................................41.4本文创新点.........................................................................................................................4第二章射孔段套管孔边应力集中分析...................................................................................52.1射孔套管孔边应力集中实验分析及试样套管验证分析.................................................52.1.1射孔套管孔边应力集中实验分析.................................................................................52.1.2试样套管孔边应力集中验证分析.................................................................................82.2射孔套管孔边应力集中有限元分析...............................................................................112.2.1射孔套管有限元模型建立.......................................................................