井下套管围压及第四等效应力分析

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1、２０１４年第４３卷石油矿场机械第１２期第１页ＯＩＬＦＩＥＬＤＥＱＵＩＰＭＥＮＴ２０１４，４３（１２）：１－４文章编号：１００１－３４８２（２０１４）１２－０００１－０４井下套管围压及第四等效应力分析王小增１，屈展２，窦益华２（１．西北工业大学，西安７１００７２；２．西安石油大学，西安７１００６５）①摘要：随着油田开采期限的延长和增产措施的应用，地应力产生粘弹性围岩蠕变造成套管围压的增加是套管损坏的主要原因之一。建立了固井段套管、水泥环和围岩的地质力

2、学模型，得出了套管第四等效应力和围压的解析解；建立了套管、水泥环和围岩的有限元分析模型，得出了套管围压与第四等效应力的数值解。给定工况，远地应力作用下套管等效应力解析解比数值解大３．０％；套管围压解析解和数值解差别小于０．３％。建立的有限元模型和推导的计算公式可以分析地应力作用下套管的围压及第四等效应力。关键词：套管；水泥环；围岩；围压；第四等效应力中图分类号：ＴＥ９３１．２０２文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－３４８２．２０１４．１２．００１ＣｏｎｆｉｎｉｎｇＰｒｅｓｓｕｒｅａｎｄＶｏｎＭｉｓｅｓＳｔｒｅｓｓｏｆＤｏ

3、ｗｎｈｏｌｅＣａｓｉｎｇ１，ＱＵＺｈａｎ２，ＤＯＵＹｉ－ｈｕａ２ＷＡＮＧＸｉａｏ－ｚｅｎｇ（１．ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｘｉ’ａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｅｘｔｅｎｓｉｏｎｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｅｒｉｏｄａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｗｅｌｌｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｏｉｌｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｓｗｈｉｃｈｒｅｓｕｌｔｆｒｏｍｔｈｅｉｎ－ｓｉ

4、ｔｕｓｔｒｅｓｓｏｆｔｅｎｌｅａｄｔｏｔｈｅｄａｍａｇｅｏｆｃａｓ－ｉｎｇ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｃａｓｉｎｇ，ｃｅｍｅｎｔａｎｄｒｏｃｋｉｎｃｅｍｅｎｔｅｄｓｅｃｔｉｏｎｓ，ａｇｅｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂ－ｌｉｓｈｅｄ，ｗｈｉｌｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆＶｏｎＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓａｎｄｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔａｎａ

5、ｌｙｔｉｃａｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓａｒｅａｌｍｏｓｔｅｑｕａｌ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎ－ｓｉｔｕｓｔｒｅｓｓ，ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｖｏｎＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓｏｆｃａｓｉｎｇｉｓｓｌｉｇｈｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ３％．Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ０．３％．Ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｃａｓｉ

6、ｎｇ，ｃｅｍｅｎｔａｎｄｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｔｉｃｆｏｒｍｕｌａｓｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄＶｏｎＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓｏｆｃａｓｉｎｇｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎ－ｓｉｔｕｓｔｒｅｓｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｓｉｎｇ；ｃｅｍｅｎｔ；ｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｖｏｎｍｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓ国内外油气田开发过程中普遍存在套管损坏问载能力是套管损坏的主要原因。现场研究表明，由题，例如挤扁，缩颈和错断等。套管损坏原因复于地应力作用下固井段套管

7、周围岩石的蠕变，油气［１－３］［４－７］杂，其中地应力作用下套管所受的围压超过其承井投产后套管的外载荷比刚完井时大。为确保①收稿日期：２０１４－０６－０１基金项目：国家自然科学基金项目“力学化学耦合下泥页岩井壁蠕变损伤失稳研究”（５１１７４１６２）作者简介：王小增（１９７３－），男，辽宁绥中人，副教授，硕士，博士研究生，２００３年毕业于西安石油大学机械电子工程专业，主要从事井筒完整性评价方面的研究，Ｅ－ｍａｉｌ：２１７７２７７８＠ｑｑ．ｃｏｍ。·２·石油矿场机械２０１４年１２月

8、固井段套管不被损坏，保证油气井安全生产，分析远为套管的应力张量。地应力作用下套管的围压及第四等效应力分布是