摘 要：利用ABAQUS有限元软件建立三维套管射孔力学模型，进行不同射孔方式和射孔参数的定面射孔套管强度分析。根据套管在不同射孔条件下的Mises应力分布，得出套管定面射孔随射孔直径的剩余强度变化规律；相同射孔直径下不同射孔夹角的定面射孔与螺旋射孔套管强度对比；获得了定面射孔与螺旋射孔相当的套管剩余强度的射孔参数；进行了定面射孔和螺旋射孔套管在承受外挤压力方面的强度对比。
关键词：ABAQUS；定面射孔；螺旋射孔；射孔参数；剩余强度
引言
在油气田开发过程中，射孔作业是造成油气井套管损坏的主要原因之一，它甚至会使套管严重变形或破裂[1] 。近年来，某些油田套管损坏发生在射孔井段或直接与射孔有关的井数占套管损坏井数的60%-70%[2] 。主要原因是射孔后射孔孔眼改变了套管结构，当套管受内外力作用时，孔眼周边会产生应力集中使射孔后套管强度下降。在地层错动、倾斜地层滑动、岩石遇水膨胀蠕变、盐类地层遇水溶解、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[3]。研究射孔方式对套管强度值的变化影响，对提高油水井的使用寿命具有重要意义[4]。
目前国外主要通过室内模拟试验和有限元数学模型来研究射孔对套管损坏的影响。本文运用ABAQUS有限元软件建立套管-水泥环-地层三维力学模型，分析不同射孔方式和射孔参数对套管强度的影响。并给出定面射孔合理的参数以供现场套管设计参考。
1、定面射孔套管剩余强度分析
1.1有限元力学模型的建立
选取L80套管为研究对象，运用ABAQUS有限元软件建立套管-水泥环-地层三维力学模型，其中套管长度选取3m，内径124mm、外径140mm，套管-水泥环-地层下表面采用位移约束，前后表面固定Y方向位移，左右表面固定X方向位移，套管及射孔眼内表面施加压力，套管-水泥环-地层应力计算模型如图1所示。根据L80套管的力学性能参数（见表1），可知，L80的套管屈服强度为552-655MPa，采用试算法，施加套管内压力达到套管的屈服极限时，认为此压力为套管承受的极限压力，对比极限压力可知套管的剩余强度。
1.2射孔直径对套管强度的影响分析
选取定面射孔2层，层间距为200mm，射孔直径分别为8mm、12mm、16mm、20mm、24mm，射孔眼间夹角为60°建立模型，进行网格无关性验证后得出模型单元总数为50000时应力与模型单元数无关。计算套管达到屈服极限时套管承受的内压，并与无射孔眼条件下套管强度相对比，给出不同射孔眼直径下套管剩余强度的变化规律，表2为不同射孔直径下套管的承压值。
作者：王素玲