高温高压井中套管的蠕变分析

摘要

随着油田开采地域的扩大和开采深度的增加，油田普遍存在着异常高温和高压的问题。高温高压井的损坏现象比较常见，造成了极大的经济损失，需要针对其特征进行比较科学的设计评估。 高温高压井强度分析设计时，围岩蠕变引起的非均匀载荷和套管的长期蠕变等因素对结果的影响很大。本文在前人研究的基础上，由简单到复杂，根据弹塑性理论和蠕变理论进行了套管柱的蠕变分析。 首先，将蠕变套管力学模型简化为平面应变状态的模型，以纯蠕变理论为基础，建立了均匀载荷作用下套管的力学模型，并求出了应力分量、有效应力和有效应变率的理论解，通过有效应力和有效应变率实现套管的蠕变强度分析和预测；进一步考虑了外围岩层对套管的作用，建立了双层套管模型，并推导出相应的理论公式。 然后，建立了岩层流变引起的非均匀载荷下的套管的力学模型，推导出了应力分量及有效应力和有效应变率的渐进解析解。通过实例计算，与均匀载荷的结果相比较，证明载荷的非均匀性会显著降低套管的强度和寿命。 最后，在套管的蠕变分析中考虑了弹性变形的影响，并提供了相应的控制方程组和数值计算方法。

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第一章 绪论

1.1前言

1.2目前的主要套管设计方法

1.3研究相关问题的论文文献及其主要成果

1.3.1高温高压管线的寿命设计和预测技术的研究

1.3.2非均匀载荷下套管强度问题研究

1.3.3深井高温高压条件下套管柱强度设计方法及计算机软件研究

1.4本文所做的主要工作

第二章 轴对称载荷下套管的蠕变分析

2.1套管受均匀内外压的状态分析

2.2考虑套管外蠕变岩层的影响

2.2.1岩石蠕变原理

2.2.2考虑套管外岩层的蠕变影响的力学计算

2.3计算实例

2.4本章小结

第三章 非均匀载荷作用下套管的强度分析

3.1非均匀作用下套管损坏典型实例

3.1.1胜利油田郝科1井

3.1.2汉江油田王10水6井

3.2非均匀载荷下套管的强度分析

3.3非均匀载荷下套管的计算举例

3.4本章小结

第四章 考虑弹性变形与蠕变作用下的套管的应力应变分析

4.1考虑弹性和蠕变情况下的套管力学方程的建立

4.2问题转化为含有两个未知数的方程组

4.3方程组的数值解法

第五章 结论

参考文献

发表论文说明

致 谢