射孔作业对套管强度变化的影响.pdf

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1、第25卷第3期江汉石油科技V01．25No．32015年9月JIANGHANPETROLEUMSCIENCEANDTECHN0L0GYSep．2015射孔作业对套管强度变化的影响邹家林，李书元，易健，张德瑜(中国石化江汉油田分公司江汉采油厂，湖北潜江433123)摘要：在现有套管设计中，射孔造成套管强度降低容易被忽视，造成射孔段套管实际承载能力低于设计能力，是导致油层套管损坏率较高的不可忽视的原因之一。以弹塑性力学的有限元法为基本理论，利用大型通用有限元软件ANSYS，建立射孔参数的优化设计模型，针对不同的套管尺寸、布孔方式

2、分析射孔对套管损坏的影响，结合套管强度理论对有限元模拟结果进行分析总结，为射孔段套管柱的合理设计选择提供了一定理论依据。关键词：有限元；套管；射孔长期以来，油田对射孑L作业后套管强度降低程条件下的分析研究。度认识不够，虽然经过射孑L后套管强度有所减弱，1_2建立模型原则但其强度变化值掌握不清。因此，在现有套管设计通过油田现场实践和理论研究可知，为提高射中，射孔造成套管强度降低容易被忽视，造成射孔孔套管强度，一般选择射~L：fLt~为螺旋布孔。从弹段套管实际承载能力低于设计能力，是导致油层套性力学结构上讲，螺旋布孔，不属于对称

3、问题，因管损坏率较高的不可忽视的原因之一。所以，研究此，建立有限元模型时，只能按实际的三维空间问射孔对套管强度值变化的影响，对提高油(水)井题建模。套管壁厚与其外径相比，相对较小，因此的使用寿命有重要意义。按弹性力学理论，可以将套管按板壳理论模型分析研究其力学问题。另外，为保证分析结果的准确含射孑L的套管承载能力研究可分为两类：一类性，特别考虑端部约束效应的影响，选取足够长度是由外挤压力引起射孔套管失稳破坏；另一类是由的套管为分析对象，径长比必须大于0．125—0．1。利轴向力、套管内外压或组合载荷作用下引起的套管用圣维南原

4、理处理分析结果。强度破坏。针对这两种情况，利用有限元方法分析1．3基本假设射孔套管的应力场，根据极限强度理论，分析在外分析过程中进行了如下假设：挤压力作用下射孔套管的抗挤压强度。(1)忽略套管的椭圆度；1套管的三维有限元模型(2)整个孔眼都是圆柱的，孔眼的直径、长度均分别相等，不考虑孔边毛刺及裂纹的影响。1．1研究类型确定(3)设所射孔眼均未堵塞，射孔孔眼不存在偏利用有限元分析软件一“ANSYS”着重分析研心，孔眼中心轴线与套管轴线垂直并相交。究了4套管：钢级J55，壁厚为5．21mm在下列两1．4计算边界条件种情况下的内容

5、：位移边界条件：套管两端均为固支；载荷边界(1)针对J55—5．21套管的射孔段，分别以一种条件：射孔套管受均匀外压作用。射孔参数组合，在不同均匀外压条件下的应力场分1．5射孔套管的几何参数析研究；(2)以上规格套管，分别以不射孔、射孔研第一作者简介：邹家林，2010年毕业于长江大学，究对象，依照实验的加载方式建立模型，进行压屈现在江汉采油厂五七作业区采油三队任工程技术员。第3期邹家林，等：射孔作业对套管强度变化的影响·71·表3不同孔径套管抗挤强度影响图5孔径与套管强度降低程度的关系2．2．2射孔孔密的影响加，套管的强度降

6、低程度增大，从8~L／m到12~L／m的外压为IOMPa、射q~L；fL径16mm、相位9O。，改强度降低程度增大了1．5个百分点；但是孔密从12孔变孔密(8孔，m32孔，m)，计算射孔后套管强度降，m到32孑L，m到时，强度降低程度超过了20％，说明低程度，如表5和图6所示。在12孔／m以内采取高孔密射孔对套管强度的影响不从表4和图6中可以明显看出：改变孔密对套管大，孔密超过了12~L／m强度降低比较快。强度的影响比改变孔径的影响大，随着孔密的增表4不同孔密对应套管抗挤强度影响图6孔密与套管强度降低程度的关系·72·江汉石

7、油科技第25卷表5J55—5-21套管不同射孔相位角时的强度况和外界条件下，进行应力场分析，求解压屈条件下套管强度降低情况。通过分析计算可知，如下结论：(1)选取高钢级或高强度套管、增加套管壁厚能有效提高射孔后套管的抗挤强度，从而进一步延长套管使用寿命。(2)射孔孔密和相位角一定时，随着孔径的增加，射孔套管的抗挤强度减小，套管的强度降低幅度不大。为了获得高的油气产能比，在射孔时尽可能采图7抗挤压强度与相位角的关系用大孔径，考虑套管强度降低程度，推荐孔径2．2．3射孔相位角的影响12—16mm。固定射孔孔密(12孔，m)、孔径

8、(16mrn)，计(3)孔径和相位角一定时候，随着射孔孔密的算不同相位角套管射孔后强度下降值，计算结果如增加，套管抗挤强度降低，套管的强度降低程度增表6和图7所示。大，在16~L／m以内采取高孔密射孔对套管强度的影从表5和图7中可以看出，相位角从30。~mJ90。变响不大，孔密超过了l6孔