考虑热固耦合作用的高温高压井井筒完整性分析

赵新波¹，杨秀娟¹，李向阳²，张立松¹，闫相祯^1,3

1. 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院2. 中国石油大学CNPC物探重点实验室3. 中国石油大学油气CAE技术研究中心

摘 要：以高温高压井套管-水泥环-地层为研究对象,建立套管-水泥环-地层组合系统的热固耦合模型,结合边界条件和连续条件,得到相应的应力解析解,并与有限元结果进行对比,验证了解析方法的计算精度.通过分析热固耦合作用下的解析解和不考虑热载荷的解析解,发现热载荷对整体等效应力的影响较大.采用Mises、Drucker-Prager及Mohr-Coulomb屈服准则定义失效系数评价套管-水泥环-地层组合系统的井筒完整性.讨论了水泥环弹性模量、泊松比、非均匀地应力系数、地层温度、套管内压等参数对套管内壁、水泥环内壁及第一、二胶结面失效系数的影响.上述因素对套管内壁、水泥环内壁及第一、二胶结面失效系数均有影响;第一胶结面失效系数较高,对井筒完整性影响较大.

关键词：井筒;完整性;耦合作用;油井套管;力学模型;解析法;