基于优化方法的地应力与套管承载规律研究

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1、中国石油大学（华东）博士学位论文基于优化方法的地应力与套管承载规律研究姓名：王志刚申请学位级别：博士专业：机械设计及理论指导教师：闫相祯20090401捅要油藏地应力对油气资源的形成、运移及储集等有直接控制作用，同时又是套管损坏的主要因素。研究储层的地应力特征及套管损坏机理对油田开发有重要的工程指导作用。首先，基于多目标优化技术建立了优化反分析数学模型，利用声波测井、水力压裂、裂缝监测等资料确定关键井点处的地应力大小和方位，将其做为约束，对L1l2区块及纯梁区块油田的地应力场进行多目标优化反分析，获取了水平主应力沿储层平面的分布规律，得到了L112区块及纯梁油田不同深度处水平

2、主应力沿深度的变化规律。其次，提出了基于变形资料确定套管外载的位移反分析方法。通过对套管内壁部分位移的优化反分析求出套管所受的内压及外载人小，为研究套管在非均匀载荷作用下的挤毁问题和套管损坏防治措施提供了依据。再次，通过大量油田套损资料统计，分析了套管损坏的主要类型和成因，得到了典型载荷对套管损坏的作用机理和影响规律；利用有限元数值模拟技术研究了非均匀地应力对套管强度的影响，研究结果表明：在非均匀地应力作用下，无沦套管还是水泥环，其有效应力及位移分布都受地应力非均匀性影响而具有各向异性，并且随非均匀系数的增加有效应力集中系数均有不同程度的增大。同时，针对N80和P110两种钢

3、级、4种规格的套管，应用数值模拟方法，建立射孔参数的优化设计模型，得出了射孔对套管强度的影响规律，并获取了非均匀外压条件下的射孔段套管应力分布情况及不同规格套管在不同内外压作用下的应力分布规律。最后，根据前述研究成果，开展了基于地应力的套管设计方法研究，提出了“等效破坏载荷”的概念，并根据弹性力学理论，建立了套管在非均匀载荷作用下的力学模型，对理想网管抗挤强度计算公式进行修正，得出符合套管实际承载特征的计算公式。关键词：地应力；多日标优化；套管损坏；非均匀载荷：蠕变地层基于优化方法的地应力与套管承载规律研究创新点摘要【l】建立了以多目标约束的最优化技术为基础的地应力场优化反分

4、析数学模型。利用声波测井、水力压裂、裂缝监测等资料确定关键井点处的地应力大小和方位，将其做为约束，对研究区块的地应力场进行优化反分析，优化反演出最优边界条件，进而获取了储层水平主应力沿平面的分布规律，解决了油臧地应力数值模拟中地质边界条件模糊以及模型不合理等难题。(见第2、3章)(2】通过对岩石声学特性和力学特性的相关性研究，理论推导了岩石弹性力学参数的计算公式，并结合密度测井资料和三维分层地应力模型，确定出关键井处的地应力值。编制了声波测井应用软件，可利用该软件计算得出各井点处离散的地应力值，并根据各离散点的地应力值回归拟合得到纯梁油田水平主应力随深度的关系曲线。(见第3章

5、)[3】提出了基于套管变形资料确定套管外载的位移反分析方法，通过对套管内肇部分位移值的优化反分析求出套管所受的内压及外载大小，为研究在非均匀载荷作用F的套管挤毁问题和套管损坏防治措旌提供了依据。(见第4章)StudyonIn-SituStressBasedOHOptimizationTechniqueandBearingCapacityofCasingPipeWangZhigang(MechanicalDesign&Theory)DirectedbyProf．YanXiangzhenABSTRACTReservoirstresshasanimportanteffectonhy

6、drocarbonmigrationandaccumulation，whichisalsothemainfactorofcasingdamage．Thestudyofstresscharacteristicandcasingdamagemechanismperformaguidingsignificanceinoilandgasengineering．Firstly,themathematicalmodelbasedonmulti-objectiveoptimizationtechniquewasestablishedtoanalyzethedistributionofres

7、ervoirstress．Employedthesoniclogging，hydraulicfracturingdataandfracturedetectioninformationtocalculatetheprincipalstressesintypicalwells．Andthensetthetypicalwells’in·situstressesofLI12blockastheconstraints，andutilzetheoptimizationback-analysistechniqueto