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本文针对深井压裂井下管柱存在的问题,指出压裂管柱的安全评价的重要性,从以下五方面进行研究:
(1)针对管柱的边界约束条件,利用管柱力学的理论研究成果,分析压裂管柱的屈曲状态,并根据压裂工况参数分析管柱的强度安全性。
(2)对技术套管磨损剩余强度的分析,搞清磨损套管的挤毁机理,在不同的挤毁机理情况下,采取不同的算法,得到磨损套管的剩余抗挤强度。
(3)射孔孔眼的存在降低了射孔段套管抗挤强度,针对不同的射孔参数,利用管杆相似理论、弹性力学得到相应的射孔套管剩余承载能力系数,并考虑孔边应力集中的影响,得出射孔段套管的剩余抗挤强度。
(4)根据井身结构的特点,分别分析自由段套管和固井段套管的边界条件,由水泥石参数、套管规格、压裂工况参数(管内流体密度、井口压力、井口温度)确定工作载荷,利用弹塑性力学理论,对整段油层套管安全性评价。
(5)深层压裂封隔器定位与密封安全性分析。进行了卡瓦受力状态的分析、卡瓦在井下锚定后套管内的应力分布和封隔器卡瓦作用下套管的强度分析,为优选卡瓦、坐封力,避免套管损坏,提供了依据。以封隔器、卡瓦、水力锚为研究对象,分析其在压裂过程中的“上顶力”,分析“牙”的受力与失效形式,并进行了初步的实验。为正确使用封隔器、合理组合管柱,防止封隔器移位与环空窜漏提供了依据。
在上述五个专题研究的基础上,指出了深井压裂中工具弯曲、封隔器胶筒失封、套管挤毁、射孔卡枪等的主要原因,提出了压裂管柱组合的指导性意见,提出以井下油套管柱安全为前提确定坐封载荷、测试压差、射孔参数,完善了高温高压深井安全压裂技术。