地层和水泥环联合作用下套管柱外载荷计算及强度分析

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目前国内外各个油田套管损坏问题日益严重,已经成为世界范围内亟待解决的难题。要实现安全钻进,必须有完整的井筒,井筒系统主要由套管柱、水泥环和地层组成,而通过套管损坏机理的分析可以得出套管损坏问题实质是套管损坏力学计算与判定问题,因此对地层-水泥环-套管系统的载荷计算和强度理论研究刻不容缓。本文在已有理论的基础上主要做了以下内容:
　　对均匀和非均匀地应力下套管外挤力理论公式进行了分析,得到了套管外挤力的影响因素。建立了包含接触的计算套管外挤力的有限元模型,模型中包括了影响套管外挤力的十二种因素。将有限元算法的计算结果与理论公式结果进行对比,吻合度较好,为井筒完整性的研究和套管损坏的判定提供一定的参考。
　　应用本文计算套管外挤力的有限元方法,通过改变影响套管外挤力大小的因素,分析了水泥环的弹性模量和泊松比对套管外挤力的影响规律,水泥环的厚度对套管外挤力的影响规律,地层的弹性模量和泊松比对套管外挤力的影响规律,地应力不均匀程度对套管外挤力的影响规律。
　　对套管抗挤强度的理论公式进行了分析,得到了套管抗挤强度的影响因素。应用有限元软件ANSYS模拟套管受力,得到得到了套管内应力分布规律,套管上Von Mises应力最大点出现在套管内壁上,因此可以通过研究套管内壁上的应力大小来分析套管的抗挤强度。改变影响套管内应力大小的因素,通过计算套管内壁上应力的大小,分析了地层的弹性模量和泊松比对套管抗挤强度的影响规律,地应力不均匀程度对套管抗挤强度的影响规律,水泥环弹性模量、泊松比和水泥环厚度对套管抗极强度的影响规律。对水泥环对套管的是否有卸载作用进行了讨论,水泥环缺失和水泥环的形状都会影响到套管的抗挤强度。最后进行了计算机编程处理,以方便本文的有限元算法结果与理论公式结果进行对比。

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作者
张洪坤;
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作者单位

中国石油大学(华东);

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授予单位中国石油大学(华东);
学科油气井工程
授予学位硕士
导师姓名管志川;
年度 2011
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类海上开采机械设备;
关键词
外挤力; 抗挤强度; 有限元; 套管柱; 外载荷计算;

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