水泥环弹性模量和厚度对套管外挤载荷影响的理论研究.pdf

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1、2013年第4O卷第3期探矿工程(岩土钻掘工程)17水泥环弹性模量和厚度对套管外挤载荷影响的理论研究高孝巧，吕建国，吕健，王鹏(中国地质大学(北京)工程技术学院，北京100083)摘要：针对水泥环弹性模量变化对套管强度是否有帮助的讨论，采用弹性力学分析方法研究了水泥环弹性模量对不同性质地层内套管外挤荷载的影响规律。研究认为，在岩性较软的地层，应选用刚度较大的水泥环，可帮助套管抵卸一部分载荷；在地层岩性较硬时，选用刚度小的水泥环有助于提高套管抵抗外挤载荷能力。理想的水泥环特性应为高强度、低刚度。其机理是利用高强度抵御地层载荷、低刚度降低载荷传递系数，从而达到保护套管目的；单纯增加水泥环的厚度不一

2、定能够改善套管的受力情况，只有当水泥环弹性模量大于一定值后，加大其厚度可改善套管的受力状况。因此，在实际现场中，应根据具体的地层情况，调整水泥浆特性，达到最好的固井效果。关键词：水泥环；弹性模量；套管强度；载荷；厚度；水泥优选中图分类号：P634文献标识码：A文章编号：1672—7428(2013)03—0017—04TheoreticalStudyonEfectsofCementSheathElasticModulusandThicknessonCasingLoad／GAOXiao—qiao，LVJian—guo，LVJian，WANG(SchoolofEngineeringandTechn

3、ology，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，Chnia)Abstract：Consideringthechangeofcementsheathelasticmodulusoncasingstrength，whetherishelpfulornot，bythee—lasticmechanicsmathematicalmethod，theeffectofcementsheathelasticmodulusoncasingexternalcollapseloadwasre—searchedontheconditionsofuniformin—si

4、tustressondifferentpropertiesinformation．Thestudyshowsthatinaformationwithsoftlithology，thecementsheathshallhavehigherstiffnesstohelpcasingwithstandapartofload；whileinaformationwithhardlithology，thestiffnessofthecementsheathshallbereducedinordertoprotectcasing．Theidealpropertyofcon—cretesheathshould

5、beofhighstrengthandlowstiffness．Thehighstrengthofconcretesheathcouldresisthigherloadsofformationstress．Atthesametime，thelowstiffnessofthatcouldreducethetransfercoeficientofstressgreatly．Increasingthethicknessofthecementsheathisnotalwaysreducingthestressofthecasing．Whentheelasticmodulusofcementsheath

6、achievessomevalue，increasingthethicknessofcementsheathcoulddecreasethecasingstress．Fromthispoint，thepropertyofcementslurryshallbeadjustedaccordingtoformationconditionsintheprocessofcementingtoreducecasingloadandachievethebestcementation．Keywords：cementsheath；elasticmodulus；casingstrength；casingload；

7、thickness；cementpreference0引言能参数随套管钢级的不同而不同，理论上套管的强深井、超深井中易因盐岩层塑形流动挤坏套管。度还能有部分的提升，但其研发成本昂贵。相比之研究表明，良好的水泥环封固井能使套管受到均匀下，固井水泥环则是在现场调配灌注而成的，因此其的外挤荷载。随着深井、超深井钻井技术的发展，应性能可以在一定程度上为人所控制。水泥环可以减用高强、厚壁套管成为必要。但是，