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《椭圆水泥环厚度和弹性模量对套管受力的影响分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第27卷第2期佳木斯大学学报(自然科学版)Vol.27No.22009年03月JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)Mar.2009文章编号:1008-1402(2009)02-0256-03椭圆水泥环厚度和弹性模量对套管受力的影响分析12贾春雨,代晓宇(1.大庆石化公司科技信息处,黑龙江大庆163714;2.大庆石化公司建设公司,黑龙江大庆163714)摘要:根据岩石力学和弹塑性力学理论,建立套管-水泥环-地层力
2、学模型,采用有限元方法研究分析不同地应力条件下椭圆水泥环厚度和弹性模量对套管应力的影响,研究结果表明:在均匀地应力条件下,一定厚度的圆形水泥环对减小套管受力有益,在非均匀地应力条件下,采用椭圆水泥环能有效的减小套管应力.关键词:椭圆水泥环;厚度;弹性模量;套管中图分类号:TE826文献标识码:A根据岩石力学理论,当地层边界尺寸超过井眼0引言直径的5~6倍后边界对井壁应力的影响很小,甚对于复杂地应力条件下水泥环弹性模量对套至可以忽略,为尽量消除边界效应的影响,本文模管受力的影响,已有许多学者进行了深入
3、研型取地层边界为井眼直径的10倍.给模型施加约究[1-3],但为了分析简便,大都把水泥环简化为圆束和载荷并划分网格后如图2所示.形,而现场多数情况无论是均匀地应力还是非均匀地应力条件下,由于钻井过程中遇到地层各向异性、地层倾角、钻柱振动等复杂情况都可能造成井眼不规则,产生椭圆或类椭圆形的井径.因此,根据实际情况将水泥环简化为椭圆形,针对不同弹性模量和厚度(椭圆短半轴对应的厚度)情况下椭圆水泥环对套管应力的影响进行分析更具有现实意义.由于研究情况的复杂性,很难通过解析方法进行研究,本文采用有限元方法对椭圆水泥环厚度和弹
4、性图1套管-水泥环-地层力学模型[4]模量对套管应力的影响进行模拟计算分析,期望为使有限元模拟计算的结果更接近实际,取现从中得出一些具有指导意义的结论.场实际数据如下:井深h=1850m,套管外径Dc=139.7mm,壁厚=6.2mm,弹性模量Ec=210GPa,1套管-水泥环-地层系统力学及泊松比c=0.26,套管内压Pi=23.4MPa,水泥环有限元模型泊松比=0.18,地层岩石弹性模量Es=20GPa,泊松比s=0.28.由于套管及水泥环在径向上的尺寸远远小于轴向上的尺寸,故根据岩石力学及弹塑性
5、力学理[5]2均匀地应力条件下椭圆水泥环厚论,可将其简化为平面应变问题,其力学模型如图1所示.根据现场钻井实践,为使获得结论更具度和弹性模量对套管应力的影响普遍性,本文考虑水泥环为不同椭圆度(椭圆长轴与短轴之比)的情况,分别取水泥环的椭圆度为1.均匀地应力条件下,水平最小主应力h与水0,1.1,1.2,1.3,1.4和1.5进行计算分析.平最大主应力H相等,此处取h=H=28.1MPa,收稿日期:2009-01-19作者简介:贾春雨(1981-),女,黑龙江兰西人,助理工程师,大庆石化公司科技信息处,主要从事
6、石化科技信息的调研、检索与交流工作.第2期贾春雨,等:椭圆水泥环厚度和弹性模量对套管受力的影响分析257有限元模拟计算时分别取水泥环的弹性模量E为管应力的影响更具有现实意义.本文取水平最大主10~60GPa,厚度为10mm,计算结果绘制出不同椭应力H=29.1MPa,水平最小主应力h=24.5MPa,圆度水泥环弹性模量对套管应力的影响曲线如图模拟计算椭圆水泥环不同弹性模量和厚度对套管应3所示.另取水泥环弹性模量E为30GPa,分别取水力的影响,计算结果如图5和图6所示.泥环厚度为6mm~12mm,计算结果绘制不同椭圆
7、度水泥环厚度对套管应力的影响曲线如图4所示.由图3可见,在均匀地应力条件下,水泥环弹性模量相同时,随着水泥环椭圆度的增加套管最大应力增大,且水泥环椭圆度大于1.1后套管最大应由图5可见,非均匀地应力条件下,水泥环弹力明显增加;水泥环椭圆度相同时,随着水泥环弹性性模量相同时,随着水泥环椭圆度的增加套管最大模量的增加,套管最大应力先增大再减小,在水泥环应力减小,说明非均匀地应力条件下椭圆水泥环能弹性模量取20GPa时套管应力达到最大,即水泥环够在一定程度上减小套管应力;水泥环椭圆度相同与地层岩石弹性模量相近时套管所受应力
8、最大.时,随着水泥环弹性模量的增加,套管最大应力先由图4可见,在均匀地应力条件下,水泥环厚增大再减小,在水泥环弹性模量取20GPa时套管应度相同时,随着水泥环椭圆度的增加套管最大应力力达到最大.增大,水泥环椭圆度大于1.1后套管最大应力明显增加;水泥环椭圆度相同时,随着水泥环厚度的增加,套管最大应力减小,说明水泥环在一定程度上能够减小套管应力.
