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以APDL為開發工具建立有限元模型,系統研究了非均勻地應力場中套管內壁磨損位置與水泥環缺陷位置對套管應力的影響規律。以塔里木油田迪娜2井5000m井深處為實例進行分析,結果表明,在一定磨損程度下,套管內最大等效應力總是在最大地應力方位取得最小值,在最小地應力方位取得最大值,工程中假設磨損位置在最小地應力方位是偏于安全的;水泥環缺陷明顯改變了套管應力的分布規律,當套管磨損位置與水泥環缺陷位置角度相等時,套管內的應力最大,為最危險工況。
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油氣井固井水泥環的作用就是減小和改善套管的受力狀況,延長套管的使用壽命。套管水泥環組合體在一定的外擠壓力作用下,均有可能進入屈服狀態或發生強度破壞,而水泥環彈性模量、泊松比及其幾何參數均表現為組合體剛度對抗擠性能的影響,所以在套管抗擠性能分析中,應該同時考慮組合體剛度以及套管、水泥環的強度對組合體抗擠性能的影響。文章根據厚壁筒彈塑性力學理論,建立了組合體剛度以及套管、水泥環強度對抗擠性能影響的控制方程,揭示了套管、水泥環強度及組合體剛度對抗擠性能的影響規律,得到套管水泥環組合體抗擠性能控制圖。在均勻外擠壓力作用下,套管、水泥環的強度將確定組合體抗擠性能的剛度控制區,在組合體剛度控制區內,水泥環對套管抗擠強度的提高程度取決于組合體剛度控制線斜率,在套管鋼級和壁厚一定條件下,提高水泥環材料彈性模量,增大組合體剛度控制線斜率,可以提高套管水泥環組合體的抗擠性能。
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