射孔对套管损坏分析研究

为确定射孔对套管的损坏影响,应用有限元法对射孔后套管结构进行理论计算,得出射孔后套管强度比射孔前平均下降20%左右的结论.为进行进一步研究和验证理论计算的准确性,进行了现场试验,对射孔前后孔眼周围厚度的变化、孔眼丢失面积、套管质量变化、套管硬度和密度变化、弯曲度等方面进行了现场模拟,并对试验结果进行了详细分析.射孔后孔眼周围厚度明显增加,平均突出高度为1 mm,加厚位置在孔眼2 mm范围内;孔眼的质量损失对套管整体几乎没有影响;每米孔眼丢失面积比为0.017%;射孔后孔眼周围的硬度略有增加.     

射孔对套管强度的影响

射孔是造成套管损坏的重要原因之一 ,它的影响特点和程度取决于多种因素。利用有限元ANSYS分析软件 ,对 139 7和 177 8mm套管在压裂、注水和常规开采情况下 ,不同的射孔孔径、射孔密度和射孔相位给套管强度造成的影响作了分析。结果表明 ,射孔后套管内的应力随射孔孔径、射孔密度和射孔相位的增加而增大 ,并使套管的抗拉、抗压强度降低 ;但在一定射孔孔径、射孔密度和射孔相位下 ,射孔产生的最大应力和应变不超过允许的范围。分析研究结果为套管柱的合理设计提供了一定的理论依据     

射孔对生产套管强度的影响规律研究

为了深入了解射孔对生产套管强度的影响,采用弹塑性有限元分析方法,分别对未射孔套管和不同射孔密度套管的极限承载力进行了分析.计算和试验结果都表明,射孔后套管的极限承载能力均有不同程度的下降,下降幅度与射孔密度有关.因此,在套管柱设计时应该考虑射孔的影响.     

水泥环套管射孔力学的有限元法分析计算

油井开发层段射孔对套管力学性能影响较大,油井开采中后期射孔套管损坏严重。建立水泥环—套管射孔模型并应用Ansys有限元软件计算分析射孔套管应力变化和套管性能,分析得出,射孔是造成套管损坏的主要原因。射孔水泥环套管最大应力在射孔孔眼产生,沿孔径方向应力减小。水泥环对射孔套管的抗挤强度影响明显,可以有效减小套管产生的应力。均匀载荷下射孔套管的应力随外压的增加而增加,不同类型的套管应力变化较大。射孔套管的应力随着孔径的增加而明显增加。非均匀载荷对射孔套管影响较均匀载荷明显,套管的抗挤强度较均匀外压时明显减小。在非均匀外压较大时,应采用P110套管,以提高射孔套管的抗挤强度。     

射孔对油气井套管抗挤压强度的影响

射孔是导致油水井套管技术性能变差的原因之一。油水井套管在井下承受均匀和非均匀2种形式的挤压载荷。通过对射孔后套管进行非均匀外载挤压试验,研究分析不同孔径、孔密等射孔参数,不同套管壁厚对套管抗挤压强度的影响。结果表明,同种外径的套管,壁厚对抗挤压强度的影响远大于射孔的影响,壁厚越大,强度越大;射孔孔径、孔密对套管抗挤压强度有影响,但射孔前后变化不大;套管承受非均匀外载时抗挤压强度下降较大,且非均匀性越强,下降越大。该文还对射孔段套管损坏的原因进行了分析,对套管防损和射孔参数选择堤出建议,为合理设计套管、选择射孔器以及射孔新技术推广应用提供了指导,以降低射孔对套管产生的损伤。     

射孔冲击相变对射孔套管抗挤性能的影响

油气井套管抗挤毁性能与材料屈服强度关系紧密,聚能射流穿孔过程中可能诱发孔眼附近材料相变从而影响射孔套管抗挤强度。首先对射孔后的P110套管取样,通过扫描电镜观察孔眼附近样本组织成分是否发生变化;然后对无孔眼、机加孔眼和射孔孔眼试件进行静力拉伸试验,对比射流冲击影响下试件抗拉性能的变化;最后通过有限元仿真分析了射孔冲击相变区的存在对套管抗挤性能的影响。研究结果表明,聚能射孔会导致材料组织成分变化而影响材料机械性能;当相变对射孔套管抗挤强度起正向增强作用时幅度有限,起负向削弱作时用射孔套管剩余抗挤强度下降显著。     

螺旋布孔射孔对套管强度的影响

射孔是造成套管损坏的重要原因之一,建立了射孔套管的有限元力学模型,采用弹塑性有限元法,分别对螺旋布孔射孔套管采用不同的射孔孔径、射孔密度和射孔相位给套管强度造成的影响进行了模拟和分析.分析了不同孔径、孔密及相位角的射孔套管在外挤压力作用下的孔眼应力集中系数的变化规律.结果表明,射孔后套管的极限承载能力均有不同程度的下降,下降幅度与射孔密度有关,射孔后套管内的应力随射孔孔径、射孔密度和射孔相位的增加而增大,并使套管的抗拉、抗压强度降低.因此,在套管柱设计时应该考虑射孔的影响.最后,通过对几种布孔方案进行对比分析,找出了射孔套管的优选布孔方案.为射孔完井优选设计提供了合理的模型,为射孔段套管柱的合理设计提供了承载能力计算的可靠依据.     

射孔对套管抗挤强度的影响分析与试验

由于射孔孔眼改变了套管结构,当套管受外力后,孔眼周围出现应力集中而使套管的强度降低,套管
发生损坏。射孔对套管的影响非常大,为明确射孔参数对套管抗挤强度的影响,利用ＡＮＳＹＳ有限元软件建立了三
维射孔套管有限元力学模型,并分别建立了不同射孔参数的有限元模型进行有限元分析。研究结果表明,孔眼附
近的应力集中明显降低了射孔套管的抗挤强度,并且射孔套管的孔眼应力沿着布孔螺旋线发散,因此套管损坏最
易沿螺旋线发展。基于有限元计算结果进一步进行了射孔套管的正交数值试验,明确了射孔参数中相位角对套管
强度的影响最大,其次是孔密和孔径。通过回归拟合,结合正交数值试验,建立了射孔套管抗挤强度与射孔参数的
关系,为套管综合强度校核提供了理论依据。     

射孔参数对套管损坏规律研究

在油田开发过程中,套管变形已成为影响井筒完整性以及油田长生命周期的重要因素。为解决射孔套损问题,通过有限元方法对射孔套管进行非线性屈服分析,建立了不同射孔参数下的射孔套管三维弹塑性变形模型,模拟了套管在压裂时承受内压和塑性失效的全过程,研究了不同射孔参数下射孔套管屈服破坏的抗内压强度损害系数,通过多元回归方法建立了射孔参数与套管屈服强度损害系数间的预测模型并进行了精度检验,最后采用梯度下降算法进行参数优选。分析结果显示：在射孔参数中应选择少孔数、小孔径及高孔密射孔,以降低对套管的损坏;多元回归法能够满足套管损害预测的精度需求,结合梯度下降法可实现射孔参数组合的优选。研究成果可为现场射孔参数及参数组合优化提供参考。     

射孔套管抗挤强度综合因素有限元分析

射孔完井是国内外使用最广泛的完井方法,但是大量的现场实践表明,射孔对套管强度有较严重的影响,所以确定套管射孔后的抗挤强度的变化趋势是合理选择套管的重要依据。利用非线性弹塑性有限元法建立了螺旋布孔的射孔套管强度分析的空间有限元力学模型,该模型可以通过任意改变射孔孔径、孔密、相位角、壁厚、套管尺寸以及不同钢级套管的材料力学特性参数等,对射孔套管抗挤强度进行各种综合因素的有限元力学分析。经分析认为:高钢级或高强度套管能有效提高射孔套管抗挤强度;随着孔径、孔密的增加,套管的抗挤强度降低;相位角在180°时,套管的抗挤强度最低。研究结果为合理地选择套管、延长其使用寿命提供了一定的理论依据。     

射孔套管抗组合载强度研究

本文采用力学有限元方法分析油层套管射孔后套管的剩余强度。为提高数值计算精度,以适应射孔套管孔边存在的高倍应力集中问题,构造了新型高精度三角单元,并论述了射孔套管应力场分布的数值计算方法;文中还根据套管上相邻孔间区域强度相对较弱时的破坏模式概念,建立起以强度理论为基础的射孔套管强度折减系数的计算方法。运用上述理论和方法,以N80钢级?139.7mm套管为算例,阐述了在单一载荷作用下射孔孔径、孔距及布孔螺旋角等多种因素对射孔套管强度的影响。文内首次研究了不同形式的组合载荷和不同组合载荷比对射孔管强度的特殊影响,给出了在常规射孔密度下不同组合载荷形式和不同组合载荷比的强度折减系数值与布孔螺旋角关系曲线族,指出选择布孔方式与组合载荷形式以及组合载荷比值有密切关系。最后本文还讨论了不同载荷工况下射孔套管优化布孔方案。     

螺旋布孔射孔套管承载能力有限元分析

文章利用ANSYS有限元分析软件，对螺旋布孔射孔套管的承载能力进行了分析。分析结果表明，不同布孔方案的射孔套管的剩余强度是不同的。通过对几种布孔方案进行对比分析，找出了射孔套管的优选布孔方案。其结论为射孔完井优选设计提供了合理的模型，为射孔段套管柱的合理设计提供了承载能力计算的可靠依据。利用有限元法分析射孔套管的承载能力，克服了解析法的近似性和试验方法的不经济性等问题。     

射孔参数对套管强度和产能影响的综合分析

水力深穿透射孔技术作为新型完井技术能有效地改善开采环境和提高油气产量。但是,它在套管上开窗后会产生应力集中并导致套管强度损失问题。因此利用有限元分析方法,建立开窗套管三维受力模型并通过ANSYS仿真计算。重点研究了射孔参数对套管强度的影响规律并综合考虑产能影响提出射孔优选方案：孔距0．1～0．5m,孔径20-40mm．沿着最大水平地应力方向射孔并尽可能地增加射孔深度。本研究结果对水力深穿透射孔技术现场运用可提供参考依据。     

多因素影响下水平井射孔参数优化设计

水平井射孔参数的优化对于水平井高效、稳定的生产有着重要的作用.射孔参数主要包括射孔密度、孔眼直径、孔眼深度和射孔相位角.以水平井射孔完井产能预测模型和射孔后套管强度损失计算模型为理论基础,通过数值计算对水平井相关射孔参数进行了敏感性分析,利用正交试验方法在保证套管强度损失在安全生产允许范围内,对现场生产井常规射孔参数进...     

射孔弹地层穿透深度试验研究

利用API标准检测设备进行了多弹型、多岩心、多压力条件下的实弹射孔试验.研究结果表明,射孔弹穿深与药量、岩石强度、孔隙度、声波速度、有效应力的变化具有明显的对应关系.如果射孔弹药量、孔隙度越大,岩石强度、声波速度、有效应力越小,则射孔弹地层穿深越大;反之,则穿透深度越小.在射孔弹地面混凝土靶穿深数据的基础上,利用声波速度预测射孔弹地层穿透深度是可行的,而且可以给出连续的地层穿透深度剖面,对于射孔优化设计非常有利.射孔孔眼直径参数稳定,与射孔弹药量、套管性能关系密切,与射孔所穿地层关系不大.     

射孔套管抗外挤剩余强度系数计算与拟合

在石油开采过程中,射孔段套管的损坏占套损井的60%以上,其中外挤载荷是引起套损的主要原因。通过有限元方法计算不同相位角、不同射孔间距和不同射孔直径的挤毁压力和相应的射孔套管抗外挤剩余强度系数,并将这些数据按不同相位角拟合成射孔间距和射孔直径的函数。对拟合结果的验证表明,绝大部分有限元计算数据与拟合计算数据之间的差异小于1%,仅个别误差在2%左右。拟合的多项式函数可以方便地用于射孔套管的抗外挤剩余强度计算。     

射孔对套管强度的影响研究

针对油田射孔段套管损坏严重的问题，采用有限元分析软件，按照平面问题，以实体建模的形式，研究了射孔对套管强度的影响。明确了射孔直径、密度及相位等与套管强度的关系。指出射孔段应采用加厚套管，提高屈服强度30％左右，才能满足生产的需要。     

定面射孔套管结构动态响应分析及应用

定面射孔技术采用特殊的布弹方式,能在垂直于套管轴向同一横截面上形成多个射孔孔眼,改变井筒内同一横截面的井周地应力分布,制造射孔孔眼应力集中。它在造成地层应力集中和控制裂缝走向的同时也造成了套管局部应力集中,降低了套管的剩余强度。以解决定面射孔套管剩余强度评价和保障后续作业安全为目的,采用静力学分析、动力学响应仿真和试验测试相结合的方法,对定面射孔套管剩余强度综合分析研究,提出了以最大危险区域应力分布为依据的套管静力学剩余强度表达方法和以套管塑性应变区域体积与分布的套管结构剩余强度动力学响应表达方法,得到了不同参数下定面射孔的套管剩余强度。该技术的试验和应用为保障套管及井筒安全、大规模推广应用定面射孔技术奠定了坚实基础。     

考虑射孔初始损伤的套管强度失效数值研究

随着油气资源勘探开发逐渐走向深层和超深层,大药量、高孔密的射孔器得到广泛应用,这给完井管柱的安全性带来了挑战。目前关于射孔套管剩余强度的研究忽略了射孔过程中套管的初始损伤,为此,基于冲击动力学及管柱力学理论,结合现场射孔完井工况,建立了三维射孔数值计算模型,计算了射孔后套管抗挤剩余强度系数;对比分析了射孔及机加孔套管的剩余强度的差异;研究了套管物性参数及射孔参数等对射孔后套管剩余强度的影响规律。研究结果表明：机加孔及射孔后的套管在恒定加载外挤力作用下,应力集中位置首先出现在机加孔周围,然后沿套管轴向方向扩展;射孔后的套管在外挤力作用下,套管内、外壁的应力分布差异较小,应力分布较为均匀;随着套管径厚比的增加,机加孔及射孔后的套管剩余强度均增大,射孔后套管的剩余强度对套管壁厚较为敏感;径厚比相同情况下,随着套管直径的增加,射孔后的套管剩余强度明显增大;射孔孔密增加、射孔相位角减小都会加重套管在射孔过程中的初始损伤。所得结论可为油气井的后续增产及生产方案设计提供参考。     

新型水平井复合射孔枪研究与应用

目前大庆油田水平井均采用φ139.7 mm套管,由于水平井水平段起伏波动常造成套管变形,使得套管内有效内径变小,需要研制一种新型水平井射孔枪。通过严格的枪身材质优选、弹架结构设计、枪身连接结构设计和新型射孔弹开发,研制了95型水平井射孔枪和新型深穿透射孔弹。新型射孔枪的平均穿深达到645 mm以上,比89型水平井射孔枪穿深提升29%,并且能够实现在水平井射孔段内任意方向定向射孔。通过室内试验检测了95型水平井复合射孔枪的安全性能指标,优化出了最佳火药装药量。大庆油田现场试验证明,研制的新型水平井复合射孔枪完全满足水平井复合射孔的需要。