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目次
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《油氣田非均勻地應力作用下的出砂機理及套管 可靠性研究》在分析大量油氣田生產中套管損壞的基 礎上，建立了疏松砂巖地層裸眼完井和射孔完井出砂 預測模型，從理論上對疏松砂巖地層的出砂機理進行 了分析；建立了疏松砂巖地層套管受力的多層筒模型 ，對出砂前與出砂后的套管受力情況進行了分析，在 前述理論模型的基礎上，編制了相關的分析軟件；建 立了疏松砂巖地層套管受力的三維可靠性分析模型， 并對疏松砂巖地層套管的可靠性進行了分析。
作者簡介
王金龍（1972—），工學博士，在站博士后，副教授，碩士生導師。主要研究方向：計算力學與應用軟件、現代設計理論與方法。承擔國家、省、市級科研項目10多項；科研成果獲濰坊市科技進步二等獎3項，濰坊市第十屆科學技術優秀學術論文三等獎1項，濰坊學院優秀科研成果一等獎、二等獎各2項；主編著作2部；申請國家實用新型專利2項；發表論文40余篇，其中14篇被EI檢索。曾獲山東省大學生機電產品創新設計競賽優秀指導教師、濰坊市專業技術拔尖人才、濰坊學院教學名師、優秀教師、學術骨干、科研工作先進個人等榮譽稱號。
名人/編輯推薦
《油氣田非均勻地應力作用下的出砂機理及套管可靠性研究》作者王金龍在彈性力學及彈塑性力學的基礎上，用復變函數理論對疏松砂巖油藏的出砂機理及套管損壞進行了系統的分析研究，用可靠性和有限元分析理論對疏松砂巖油藏套管進行了可靠性分析和動態特性的數值模擬，明確了套管產生破壞的因素及預防措施。相信《油氣田非均勻地應力作用下的出砂機理及套管可靠性研究》的出版必將給人們以啟迪，它對套損機理的研究及對疏松砂巖油藏的深入認識具有重大的促進作用。
目次
第1章引言
1.1研究的目的和意義
1.2國內外研究現狀
1.2.1地應力研究現狀
1.2.2油層出砂機理研究現狀
1.2.3套管損壞研究現狀
1.2.4隨機有限元法及可靠度研究現狀
1.3研究的基本思路和技術路線
1.3.1研究的基本思路
1.3.2研究的技術路線
第2章非均勻地應力引起的油水井套管損壞規律研究
2.1地應力的測量與計算
2.1.1地應力的測量
2.1.2地應力計算方法
2.2油田開發引起地應力變化與斷層滑動
2.3油田注水后的應力變化
2.4注水引起斷層面摩擦系數和抗剪強度的降低
2.5注水開發引起地應力變化對套管的影響
2.6本章小結
第3章疏松砂巖地層出砂機理及力學模型的建立
3.1出砂對套管損壞的影響
3.2出砂判別準則
3.3裸眼完井井眼的穩定性分析及出砂判斷
3.3.1彈性階段
3.3.2彈塑性階段
3.4射孔孔眼的穩定性分析
3.5理論解與有限元解對比分析
3.6出砂預測軟件的編制及應用實例
3.6.1功能介紹
3.6.2應用實例
3.7本章小結
第4章疏松砂巖地層套管受力分析
4.1外部受非均勻壓力和內部受均勻壓力的多層筒受力分析
4.1.1力學模型
4.1.2系統在非均勻外壓和非均勻切向力作用下的受力分析
4.1.3系統在均勻外壓和均勻內壓作用下的受力分析
4.2出砂前套管受力分析
4.3出砂后套管受力分析
4.4套管—水泥環—地層應力分析軟件的編制及應用實例
4.4.1軟件編制
4.4.2軟件應用實例
4.5本章小結
第5章出砂及套管損壞有限元數值模擬
5.1裸眼完井出砂有限元數值模擬
5.1.1力學模型的建立
5.1.2出砂預測準則——有效塑性應變準則
5.1.3井壁附近出砂預測分析
5.2出砂引起的套管應力變化三維仿真
5.2.1有限元模型的建立
5.2.2計算結果分析
5.3本章小結
第6章疏松砂巖地層套管可靠性研究
6.1問題的提出
6.1.1套管所受主要載荷
6.1.2套管的失效形式
6.1.3失效原因
6.2套管可靠性設計的概率方法
6.2.1概率可靠性的設計原理
6.2.2套管強度、應力的分布規律
6.2.3套管強度、應力的可靠度計算
6.2.4算例分析
6.2.5套管老化過程的可靠度分析
6.3套管可靠性的數值模擬
6.3.1套管可靠性模型的建立
6.3.2套管可靠性函數的求解方法
63.3套管可靠性數值的模擬方法
6.3.4應用實例
6.4套管失效的預防與預測研究
6.5本章小結
第7章結論
參考文獻
附錄
1.1研究的目的和意義
1.2國內外研究現狀
1.2.1地應力研究現狀
1.2.2油層出砂機理研究現狀
1.2.3套管損壞研究現狀
1.2.4隨機有限元法及可靠度研究現狀
1.3研究的基本思路和技術路線
1.3.1研究的基本思路
1.3.2研究的技術路線
第2章非均勻地應力引起的油水井套管損壞規律研究
2.1地應力的測量與計算
2.1.1地應力的測量
2.1.2地應力計算方法
2.2油田開發引起地應力變化與斷層滑動
2.3油田注水后的應力變化
2.4注水引起斷層面摩擦系數和抗剪強度的降低
2.5注水開發引起地應力變化對套管的影響
2.6本章小結
第3章疏松砂巖地層出砂機理及力學模型的建立
3.1出砂對套管損壞的影響
3.2出砂判別準則
3.3裸眼完井井眼的穩定性分析及出砂判斷
3.3.1彈性階段
3.3.2彈塑性階段
3.4射孔孔眼的穩定性分析
3.5理論解與有限元解對比分析
3.6出砂預測軟件的編制及應用實例
3.6.1功能介紹
3.6.2應用實例
3.7本章小結
第4章疏松砂巖地層套管受力分析
4.1外部受非均勻壓力和內部受均勻壓力的多層筒受力分析
4.1.1力學模型
4.1.2系統在非均勻外壓和非均勻切向力作用下的受力分析
4.1.3系統在均勻外壓和均勻內壓作用下的受力分析
4.2出砂前套管受力分析
4.3出砂后套管受力分析
4.4套管—水泥環—地層應力分析軟件的編制及應用實例
4.4.1軟件編制
4.4.2軟件應用實例
4.5本章小結
第5章出砂及套管損壞有限元數值模擬
5.1裸眼完井出砂有限元數值模擬
5.1.1力學模型的建立
5.1.2出砂預測準則——有效塑性應變準則
5.1.3井壁附近出砂預測分析
5.2出砂引起的套管應力變化三維仿真
5.2.1有限元模型的建立
5.2.2計算結果分析
5.3本章小結
第6章疏松砂巖地層套管可靠性研究
6.1問題的提出
6.1.1套管所受主要載荷
6.1.2套管的失效形式
6.1.3失效原因
6.2套管可靠性設計的概率方法
6.2.1概率可靠性的設計原理
6.2.2套管強度、應力的分布規律
6.2.3套管強度、應力的可靠度計算
6.2.4算例分析
6.2.5套管老化過程的可靠度分析
6.3套管可靠性的數值模擬
6.3.1套管可靠性模型的建立
6.3.2套管可靠性函數的求解方法
63.3套管可靠性數值的模擬方法
6.3.4應用實例
6.4套管失效的預防與預測研究
6.5本章小結
第7章結論
參考文獻
附錄
書摘/試閱
5.3本章小結
通過對中原油田M167井的分析，建立了裸眼完井出砂的有限元模型和油層出砂后套管受力的三維仿真模型，由計算仿真可以得到以下結論：
①井壁塑性區首先出現在最小主應力方向，隨內壓的減小，塑性區也隨之逐步增大；當內壓減小到7 MPa，最小主應力方向塑性區應變超過0.3％后，井壁巖石開始脫落，即開始出砂。
②油層出砂會使出砂部位套管應力顯著增大，應力增大幅度取決于出砂部位砂層性質、出砂區域的形狀與大小；油層出砂使套管射孔孔眼處出現明顯的應力集中，極易使套管產生破壞。
③油層嚴重出砂后，增加套管和水泥環壁厚，能有效降低套管管體上的有效應力和軸向應力。因此，在易出砂地層，適當增加套管和水泥環壁厚，可有效防止套管的損壞。
④套管管體的有效應力隨內壓的增大而增大，而軸向應力則隨內壓的增大而減小；且在內壓相同時，套管管體的有效應力與軸向應力均隨出砂量的增大而增大。
第6章疏松砂巖地層套管可靠性研究
6.1 問題的提出
套管是為了防止地層坍塌而下入井中的金屬管柱，分為表層套管、技術套管和油層套管。套管在油氣井中的角色，不論是在功能上還是在建井費用上都占據著舉足輕重的地位。正是由于套管在油氣井中的重要作用，使其數量上日漸增多，性質上越來越嚴重的套管損壞已經成為制約我國東西部油田，乃至世界各油田持續穩定發展的一大重要因素。因此，對套管在設計及使用中進行可靠性的研究勢在必行。
6.1.1套管所受主要載荷
（1）外擠壓力
外擠壓力是引起套管損壞的最主要原因之一，該壓力類型復雜，概括起來主要包括地層中流體產生的均勻外擠壓力、地層壓力、未固井段泥漿柱產生的均勻外擠壓力以及各種非均勻圍巖壓力。其中，圍巖壓力成因比較復雜，類型較多，它主要包括構造地應力產生的外擠壓力，高塑性巖石（如鹽巖）的塑性流動產生的側向擠壓力。
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