以APDL为开发工具建立有限元模型,系统研究了非均匀地应力场中套管内壁磨损位置与水泥环缺陷位置对套管应力的影响规律。以塔里木油田迪娜2井5000m井深处为实例进行分析,结果表明,在一定磨损程度下,套管内最大等效应力总是在最大地应力方位取得最小值,在最小地应力方位取得最大值,工程中假设磨损位置在最小地应力方位是偏于安全的;水泥环缺陷明显改变了套管应力的分布规律,当套管磨损位置与水泥环缺陷位置角度相等时,套管内的应力最大,为最危险工况。
在一定的注汽压力下,随着热蒸汽的注入,热采井中套管与水泥环的温度逐渐升高,特别是封隔器失效及注汽段处,套管与水泥环的温度甚至可达350℃,产生的热应力足以使水泥环发生塑性变形而失效。当水泥环降至初始温度(注汽前)时,就会产生永久的塑性变形。文章运用弹塑性力学以及热力学基本理论,建立了套管-水泥环耦合模型,分析了套管与水泥环的应力分布,推导了冷热膨胀后水泥环内部的塑性变形方程,并以辽河油田常规注汽以及油井参数为例,借助Ansys及Matlab软件确定各项参数,得出了不同隔热方式下交界面处的微间隙值,为防套损及井下气窜提供了理论依据。
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