油井套管出砂影响下的有限元应力分析

"疏松砂岩层套管受力的有限元分析" 疏松砂岩层套管受力的有限元分析是一项重要的研究课题，尤其是在油气井开采过程中。该文由肖洲、练章华等人撰写，他们来自西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室。文章探讨了疏松砂岩层段油气井在生产过程中由于出砂导致的套管受力环境恶化，进而引起套管的屈曲变形和可能的错断问题。 出砂现象在疏松砂岩层段的油气井开采中是常见的，它会导致套管外部形成空洞，丧失支撑。这种情况下，套管受到的压力分布发生改变，不仅承受上覆地层的压力，还可能因地层扰动而产生横向剪切力。套管在这种复杂受力状态下，可能发生轴向压力下的屈曲，严重时可能导致套管的错断，对井的安全性和稳定性构成威胁。 为了解决这一问题，研究者采用了弹塑性有限元法，构建了出砂层段套管屈曲变形的空间有限元力学模型。通过该模型，他们能够分析套管内的Von-Mises应力随出砂范围变化的情况，进一步定量评估套管内部的应力变化和侧向位移变化。这些结果对于预测和防止套管损坏及屈曲变形具有重要的理论指导意义。 油井套管损坏是一个全球性的问题，中国油田的数据表明，套损井的比例相当高，造成的经济损失巨大。套管损坏主要由地层应力变化引起，其中油井出砂是一个关键因素。出砂导致的地层疏松和空洞化，使得套管承受的应力分布发生变化，增加了套管损坏的风险。 文章进一步分析了两种情况：一是当岩层骨架失去支撑，砂层对套管的约束减弱，可以简化为铰接约束，从而计算出临界压力；二是考虑散砂对套管的弹性支撑，弹性基础系数k在此起到关键作用。这些理论分析为理解和预防套管在出砂环境中的损坏提供了基础。 该研究通过有限元分析揭示了疏松砂岩层套管受力的复杂性，并提出了相应的理论模型和分析方法，对于提高油气井的运营安全性和延长套管寿命具有重要意义。这些研究成果可以为油田的设计和维护提供科学依据，减少因出砂导致的套管损坏，降低经济损失。