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1、西安石油大学本科毕业设计（论文）高压气井射孔段套管强度安全性分析 摘 要： 在油气田开发中，造成油气井生产套管(以下简称套管)损坏的原因很多，其中射孔作业是主要原因之一。射孔会导致套管发生严重变形或破裂，使套管的强度受到较大影响。本文着重于射孔后套管孔边应力分析。主要内容包括以下几个方面： （1）对套管的四个挤毁压力公式以及抗内压公式进行了推导。考虑了t/D在五个公式中的重要作用。正确应用挤毁压力、抗内压公式分析套管的受力，减少套管的损坏。（2）利用复变函数以及弹性力学保角映射方法并根据几何的不连续性，用数值解法计算应力集中系数或给出数值拟合公式，用简化算法将所射孔作为U形凹口，得到了射孔后孔
2、边的应力集中系数计算公式。（3）用权函数法对套管表面半椭圆裂纹的应力强度因子进行了推导。考虑实际射孔操作以及射孔方式的因素，分析套管在不同射孔条件下的应力强度因子，通过建表分析可得，壁厚、孔径越大，应力强度因子越大。（4）根据实际情况进行了无损套管的受力分析，得到了套管分别在受内、外压时的极限载荷；根据射孔开裂模型对剩余强度系数进行了分析计算，给出算法。（5）考虑孔边应力集中和孔边裂纹的影响，考虑高压气井实际工况，根据厚壁筒理论公式及第四章、第五章所得的公式，求得孔边的最大应力，并用第四强度理论校验射孔套管的强度安全性。关键词：高压气井；射孔套管；应力集中；安全性分析Intensity And
3、 Security Analysis of Perforated Casing in High Pressure Gas WellAbstract: In the oil and gas field development, resulting in production of oil and gas well casing (hereinafter referred to as casing) damage to many reasons, one of which is the main reason perforating. Perforation can cause serious d
4、eformation or rupture of the casing, so that significantly affected the strength of the casing. This article focuses on the stress after perforation of the casing hole.(1) Derivation of the four casing collapse pressure formula and the internal pressure formula was derived. Noted t / D formula in fi
5、ve plays a very important role. Correct application of collapsing pressure, internal pressure formula, helps us to force a reasonable analysis of the casing to reduce the damage to the casing.(2) Use of complex functions and conformal mapping of elasticity and in accordance with geometric discontinu
6、ity,calculated with the numerical solution of the stress concentration factor, or a numerical fitting formula, with a simplified algorithm of the perforation as a U-shaped notch, has been shot Hole after hole stress concentration factor formula.(3) Casing with the weight function method for semi-ell
7、iptical surface crack stress intensity factor is deduced. Consider the actual operation and perforation mode factor analysis of perforating the casing in different conditions, the stress intensity factor analysis by the Legislative tables available, wall thickness, the greater the aperture, the grea
8、ter the stress intensity factor.(4) Carried out according to the actual casing of non-destructive stress analysis, obtained by the casing, respectively, the external pressure when the limit load. Also cracking model based on residual strength of perforation coefficient is analyzed and calculated, gi
9、ven algorithm.(5) Consideration of Stress Concentration and cracking of the hole, consider the high-pressure gas wells the actual working conditions, according to thick-walled cylinder theory formula, according to Chapter IV, Chapter V from the formula, the maximum stress obtained by the hole, and t
10、hen under Fourth strength theory of the strength of the security perforated casing.朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典Keywords: high pressure gas well, perforated casing, stress concentration, intensity and security analysis目录第一章 绪论11.1 课题的意义11.2 课题研究的背景11.3 国内外研究现状21.3.1 射孔套管抗外挤强度研究21.3.2 射孔开裂套管承载能力研究41.3.3 射孔套管布孔方式及
11、剩余强度研究41.3.4 套管射孔试验研究51.4 毕业设计的主要内容51.5 课题研究的方法61.6 课题研究的理论依据6第二章 套管损坏原因分析82.1 地质因素82.1.1 泥岩吸水蠕变和膨胀造成套管损坏92.1.2 油层出砂造成套管损坏102.1.3 岩层滑动造成套管损坏102.1.4 断层活动造成套管损坏112.2 工程技术因素122.2.1 套管材质的影响122.2.2 固井质量的影响132.2.3 井位部署问题对套管损坏的影响132.2.4 射孔对套管损坏的影响132.3 油气井开采方式的影响142.4 套管质量好坏对套损的影响152.5 对影响套管损坏因素的认识152.6 预防
12、套管损坏的措施和建议152.7 本章小结16第三章 套管挤毁压力计算分析173.1 套管挤毁压力计算173.2 套管挤毁压力计算公式推导183.2.1 屈服强度挤毁压力公式推导183.2.2 塑性挤毁压力公式推193.2.3 弹性挤毁压力公式推导203.2.4 弹塑性挤毁压力公式推导243.3 套管抗内压强度公式及其推导263.4 本章总结27第四章 射孔套管孔边应力集中系数分析284.1 圆柱壳开孔的应力集中非圆孔问题的一般解284.2 射孔孔边应力集中系数分析314.3 建表分析常用套管、射孔方案的孔边应力集中系数324.4 本章小结33第五章 射孔套管应力强度因子分析345.1 权函数法
13、345.2 表面半椭圆裂纹的应力强度因子355.2.1 参数和的确定365.3 将射孔孔眼作为表面半椭圆裂纹分析应力强度因子375.3.1 表面修正系数的确定385.3.2 建表分析常用套管、射孔方案的孔边应力强度因子395.4 本章小结40第六章 射孔套管的剩余强度分析416.1 无损套管受力分析416.2 对套管射孔后孔附近应力状态研究426.3 射孔开裂套管剩余强度系数计算456.4 计算结果分析466.4.1 孔边裂纹一定时，射孔参数与套管剩余强度系数的关系466.4.2 孔边裂纹与射孔套管剩余强度系数关系476.5 结论分析486.6 本章小结48第七章 射孔段套管的强度安全性分析5
14、07.1 射孔段套管安全性分析507.2 优化射孔的建议51第八章 结论53参考文献54致谢56附录一57套管外压实验台说明书57（1）设计任务：57（2）工作原理：57附录二59编程计算孔边应力集中系数、应力强度因子5964第一章 绪论射孔是一种油田工艺,是用专门的射孔枪将套管和水泥环以及部分射开，使井筒与地层联通，达到油气流入井筒的目的。钻井完成时，需下套管注水泥将井壁固定住，然后下入射孔器，将套管、水泥环直至油(气)层射开，为油、气流入井筒内打开通道，称作射孔。1.1 课题的意义在油气田开发中，造成油气井生产套管(以下简称套管)损坏的原因很多，其中射孔作业是主要原因之一。射孔会导致套管发
15、生严重变形或破裂，使套管的强度受到较大影响。在地层错动、倾斜地层滑动、地质构造运动、岩石遇水膨胀蠕变、盐类地层遇水溶解、水泥固封不良、高压注水等情况下，井眼周围岩石对套管产生的挤压作用容易导致射孔套管发生塑性变形。分析造成这种情况的主要原因是，射孔时（特别是无枪身射孔）十几发甚至几十发射孔弹在一瞬间爆炸，产生了巨大的冲击波作用在套管上，套管突然胀大，使套管在射孔井段中部或非射孔井段相交位置发生剧烈变形，特别是在射孔段上部或下部由于强烈应力集中，造成套管抗挤压强度降低，这样在地应力的作用下，易发生套管变形。而且，随着射孔弹药质量的增加、射孔密度加大、射孔弹不合理的排列和误射等,加剧了对套管的伤害程度。由于地质条件不同，井下受力状态复杂，拉、压、弯、扭应力综合作用于管体，这对套管本身的强度提出了较高的要求。一旦套管本身由于某种原因而损坏，可能导致整口井的减产，甚至报废。套管射孔后受力非常复杂，射孔段套管
