1、在世界范圍內(nèi),隨著油田的不斷開采,套損現(xiàn)象日趨嚴(yán)重,直接影響著油田的原油生產(chǎn).國內(nèi)外經(jīng)過十幾年的研究,在套損井的治理方面,已經(jīng)形成了一系列套損井修復(fù)工藝和檢測技術(shù),但套損井修復(fù)后的再生產(chǎn)周期并不能達(dá)到預(yù)期的效果,特別是經(jīng)過機(jī)械整形后套管,還沒有進(jìn)行壓裂改造方面的理論研究和工程先例.為此,本文在全面分析套損井現(xiàn)狀、套損原因和機(jī)理、套損類型、套損井檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上,著重研究了套損井修復(fù)壓裂過程中套管、水泥環(huán)和地層的力學(xué)特性,為套損井修復(fù)壓裂

2、設(shè)計(jì)和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)提供了理論依據(jù),最終建立了一套適合于大慶油田套損井修壓聯(lián)作工藝,突破了套損井修復(fù)后不能實(shí)施壓裂的技術(shù)禁區(qū).本文從以下5個(gè)方面開展了研究: 第一,針對套損前套管與水泥環(huán)的工作狀態(tài),建立了套管水泥環(huán)應(yīng)力應(yīng)變模型,確立了套管和水泥環(huán)破壞準(zhǔn)則,推導(dǎo)了套管在軸向拉伸和外擠雙軸應(yīng)力下的極限外壓計(jì)算公式,為套管強(qiáng)度和水泥環(huán)破壞評價(jià)提供了計(jì)算方法. 第二,針對套變后的井下工作狀態(tài),根據(jù)有限元理論,應(yīng)用功能強(qiáng)大的ABAQUS

3、工程模擬軟件,研究了套變后水泥環(huán)及地層的破壞范圍,當(dāng)套管錯(cuò)斷時(shí)水泥環(huán)在套變處大約上下1.0m范圍內(nèi)完全破壞,而地層滑移變形時(shí)水泥環(huán)在套變處大約上下0.5～0.8m范圍內(nèi)完全破壞,水泥環(huán)周圍大約1.0m～1.5m的巖層也將出現(xiàn)破壞. 第三,針對碾壓整形過程中工作狀態(tài),建立了碾壓整形的力學(xué)模型,提出了最小鉆壓的概念,并推導(dǎo)了計(jì)算公式；根據(jù)應(yīng)變協(xié)調(diào)條件建立了第一膠結(jié)面、第二膠結(jié)面的損傷破壞判據(jù)；根據(jù)水泥材料的損傷力學(xué)理論,計(jì)算了第一膠

4、結(jié)面和第二膠結(jié)面損傷破壞后的殘余承載力；通過算例驗(yàn)證了理論方法的正確性. 第四,針對沖擊整形工作狀態(tài),根據(jù)沖擊動(dòng)力學(xué)和應(yīng)力波傳播理論,建立了沖擊整形系統(tǒng)力學(xué)模型,推導(dǎo)了應(yīng)力波在套管、水泥環(huán)及地層中傳播的衰減系數(shù),較為準(zhǔn)確地描述了水泥環(huán)中的應(yīng)力分布； 通過應(yīng)力波在套管與水泥環(huán)膠結(jié)面上的折反射定律,結(jié)合損傷理論,建立了水泥環(huán)的損傷判據(jù),推導(dǎo)了沖擊力作用下套管的塑性變形計(jì)算公式；5口井的計(jì)算結(jié)果和實(shí)測結(jié)果平均相對誤差為2.45

5、﹪,驗(yàn)證了沖擊整形力學(xué)模型的正確性.第五,建立了套損點(diǎn)到壓裂層的受力分析的有限元模型,在不采取保護(hù)工藝措施的情況下,保證層間不竄的理論最小套損點(diǎn)到壓裂層距離為3.5m,為成功實(shí)施壓裂和防止二次套變提供了理論依據(jù). 上述研究成果通過7口井的小規(guī)模實(shí)驗(yàn)后,義進(jìn)行了55口井現(xiàn)場試驗(yàn),通過壓前與壓后井徑對比測試、沖脹整形前后水泥膠結(jié)對比測試、壓裂前后水泥膠結(jié)對比測試,表明了研究成果的正確性和實(shí)用性,同時(shí)也取得了6461萬元的經(jīng)濟(jì)效益和良