基于应变设计的热采井套管热固耦合分析

摘要

以稠油热采井下的套管-水泥环-地层为研究对象,考虑套管高温环境的特殊性以及地应力和内压的影响,根据弹性力学中理论,建立三维数值计算模型,对热采井套管柱应力和变形进行研究.利用ANSYS有限元软件,进行热固耦合计算,得到在注气层段和隔热层段套管的等效应力和应变值,并绘制温度、等效应力和应变随管径变化的规律曲线.计算结果表明:对于持续高温条件下,隔热层套管温度为94.078°C,温度为注气层的0.5倍,沿套管径向出现温度骤降现象,套管的Mises应变值变为注气层段的0.5倍左右,隔热管对高温套管的受力和变形情况起到了保护作用;当材料的等效应力超过其屈服强度极限,对其应变值的校核方法更为有效,热应变大约占总应变的76％以上.研究结果为高温热采井套管的设计方法以及隔热管对套管的作用提供理论依据,同时为热采井套管的设计提供参考.