地应力对玻璃钢套管抗挤强度影响的分析

《地应力对玻璃钢套管抗挤强度影响的分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第23卷第期2洛阳理工学院学报自然科学版()Vol.23No.22013年月6JournalofLuoyangInstituteofScienceandTechnology(NaturalScienceEdition)Jun.2013地应力对玻璃钢套管抗挤强度影响的分析12122邱桂林，宋彦琦，吕兆远，夏凡，郝亮钧（中国矿业大学北京力学与建筑工程学院，北京1.()100083；中国矿业大学北京理学院，北京2.()100083）摘要：在煤层气开发活动如注水、压裂的过程中，当套管穿过复杂的地质构造时，任何一层地质结构发生变()化，都会使得区域构造发生小范围变化，这些变化会引起局部构造应力场

2、发生较大的改变，导致套管所受的应力发生变化。鉴于此，本文基于地应力作用下套管的力学模型，利用有限元数值模拟软件，分析均匀地应力与非均匀地应力对玻璃钢套管强度的影响。分别研究这两种情况下套管失效的过程，重点分析均匀地应力下套管内部Mises应力分布规律，以及非均匀地应力对套管抗挤强度影响的规律。并编制了计算均匀地应力及非均匀地应力条件下套管抗挤强度计算的程序。关键词：地应力；玻璃钢套管；ABAQUS数值模拟软件；抗挤强度DOI:10.3969/j.issn.1674-5043.2013.02.003中图分类号:TU45文献标志码:A文章编号:1674-5043(2013)02-0010-

3、06截止2011年底，全国统计的143516口油气井中，发生套管损坏的井数已达34723口，约占总井数的24.19%。套管损坏井主要分布在大庆、胜利、中原、辽河、吉林和大港等全国十多个油田，严重影响了我国油气的生产，造成了重大的经济损失。在国外同样也存在套管损坏的情况，如原苏联的西西伯利亚油田、北高加索油田、土库曼地区等，都存在严重的套管损坏问题。如果能找到有效预防套管损坏的措[1]施和方法，与打新井及修井比较，将会产生巨大的经济效益和社会效益。套管周围的“复杂力学系统”构成套管周围的现代地应力场，套管损坏实际上就是套管受周围地应力场的作用而发生的破坏。因此，要研究套管损坏机理首先要研

4、究套管周围的地应力。而地应力研究是[2]当前国际上一个前沿的课题，也是国际工程界急需解决的一个重大理论及实际问题。同时，该研究将促进地应力理论的发展，并为预防套管损坏及已破坏井套管修复提供理论依据。复杂地层套管损坏的研究，涉及复杂构造地质学、地球动力学、岩石力学、材料力学、弹塑性力学及流变学等问题，比较复杂，用单纯解析法不可能彻底解决。而用实体模型实验虽然可以得出有用的结果，但成本高、实验条件苛刻，所以单纯用实验法也难以完全解决。在这种情况下，计算机数值模拟技术就显示了其优越性。以物理实验和现场测试结果、现场资料为基础，采用计算机数值模拟技术为主要研究手段，是研究地应力与套管损坏机理的

5、重要发展方向。本文基于地应力作用下套管的力学模型，利用ABAQUS有限元软件，研究均匀地应力与非均匀地应力对玻璃钢套管抗挤强度的影响。1理想圆管模型的建立及求解固井后，套管、水泥环、地层互为一体，根据弹塑性力学理论，这类问题可视为平面应变问题。将套管从水泥环中取出，作为单独的研究对象，并假设套(a)均匀荷载(b)非均匀荷载(c)复合荷载管为理想圆形，且壁厚均匀。理想圆管的力学模型如图1理想圆管的力学模型[2]图所示1。收稿日期:2013-02-25作者简介:邱桂林(1987-),男河南信阳人在读硕士研究生主要从事力学在工程应用等方面的研究,,,.基金项目:(2011ZX05063-06

6、).国家十二五重大专项第期2:邱桂林等地应力对玻璃钢套管抗挤强度影响的分析11可设其应力函数为：2224C1ϕ=+++++ArBlnrCrrArBrln(+D)cos2θ(1)1121r式中A、B、C、A1、B1、C1、D1为应力函数系数，r为套管半径，θ为应力方向与水平方向的夹角。2根据弹塑性力学理论，套管是一个需满足位移单值条件的多连体，所以应力函数中的Crlnr项的值[3]必须为零，即C=0。因此，应力函数分别对、rθ求导可以得到主应力和切应力的表达式如下：2∂∂ϕϕA64CD11σ=+=+−++2(BA2)cos2θ(2)r222142rrr∂∂θrrr2∂ϕA26C1σ==−

7、++++2(BAB212r)cos2θ(3)θ22114∂rrr∂∂ϕ262CD11τrθ=−()(=26AB11+r−42−)sin2θ(4)∂∂rrθrr边界条件为：(σ)=0(5)rr=r1(τ)=0(6)rθr=r1(σ)=−q−qcos2θrr=r212(7)(τ)=−qsin2θrθr=r22(8)其中rr,分别为套管的内径与外径，从而能确定A、A、B、C、D等应力函数系数。121111确定套管的抗挤强度的方法有两种，一是假设由于材