射孔对套管极限承载力的影响分析

赵开龙 ，曹先凡 ，姚志广 ，祁 磊

1.中国石油集团工程技术研究有限公司，天津 300451

2.中国石油集团海洋工程重点实验室，天津 300451

射孔是国内外油田所采用的最主要的完井方式，射孔后套管出现孔眼，降低了套管强度，进而影响套管安全[1]。田志华[2]等利用ANSYS有限元软件，模拟套管射孔后在承受外挤压力和轴向压力联合作用时的Mises应力分布，通过调整射孔密度、射孔直径和射孔相位角等参数得出各自对应的Mises应力，得出了射孔孔径大小是影响套管最大应力的最关键因素，为优化套管射孔参数提供参考；唐汝众[3]等利用ANSYS模拟了射孔后套管在外挤压力和轴向压力作用时的Mises应力分布，推荐采用20～28孔/m的射孔密度、60°相位角射孔；张广玉[4-5]等利用ANSYS有限元软件，研究了射孔参数对套管强度的影响规律，并综合考虑产能影响提出射孔优选方案：孔距0.1～0.5 m，孔径20～40 mm。

本文采用ABAQUS软件，建立套管三维数值模型，根据材料弹性极限定义其承载能力，即抗拉（抗弯、抗压）能力定义为结构最大应力区域达到屈服强度时对应的拉力（抗弯、抗压）载荷，经过反复推算，得出不同射孔参数的套管极限承载力，分析了射孔参数对套管极限承载力的影响；通过与套管试验分析结果对比，表明数值模拟结果与试验结果吻合，验证了数值模拟的可行性。

1 有限元分析

本文选取管径为244.48 mm、壁厚11.99 mm、长度12 m、材质为碳钢P110的套管开展数值模拟分析及试验测试。数值模型采用壳单元，为了提高分析精度和效率，选择了双节点单元，并在射孔处进行了加密。……