在最大允許井口壓力計算方法中考慮水泥環(huán)的完整性,以厚壁圓筒的彈塑性分析理論為基礎(chǔ),建立了套管-水泥環(huán)-地層組合體力學(xué)模型,將（內(nèi)層）水泥環(huán)內(nèi)壁發(fā)生破壞作為環(huán)空允許帶壓的限制條件�；贒rucker-Prager與拉伸破壞準(zhǔn)則計算了某實例井各環(huán)空的最大允許井口壓力,并將其結(jié)果與采用API RP 90標(biāo)準(zhǔn)推薦做法的計算結(jié)果進行了對比。計算結(jié)果表明:如果環(huán)空帶壓值增大,對于套管-水泥環(huán)-地層組合體而言,垂深最深與最淺處的水泥環(huán)內(nèi)壁將最有可能率先發(fā)生破壞;采用本文方法的計算結(jié)果有可能會小于依據(jù)API RP 90標(biāo)準(zhǔn)的計算結(jié)果,依據(jù)API RP 90標(biāo)準(zhǔn)計算得到A、B環(huán)空的最大允許井口壓力分別為17.04MPa和6.39MPa,而采用本文方法計算得到A、B環(huán)空的最大允許井口壓力分別為15.1MPa和17.5MPa。 

【文章來源】：應(yīng)用力學(xué)學(xué)報. 2020,37(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

彈塑性狀態(tài)下的厚壁圓筒Fig.2Thickcylinderunderelastic-plasticstate

獠闥?嗷吩誚喚绱Φ木斷蛭灰品至?相等；④外層水泥環(huán)與地層在交界處的徑向位移分量相等；⑤內(nèi)層水泥環(huán)內(nèi)壁發(fā)生屈服的關(guān)系式。該問題同樣可以取得唯一解。另外，在應(yīng)用Drucker-Prager破壞準(zhǔn)則的組合體力學(xué)分析中，需對非線性方程組進行數(shù)值求解，Newton-Raphson方法[21]被證明是有效的。4實例計算以海上某常規(guī)氣井為例，本文將首先依據(jù)現(xiàn)應(yīng)用較廣泛的APIRP90標(biāo)準(zhǔn)推薦做法[2]計算其各環(huán)空的MAWOP，再根據(jù)本文所提出的考慮水泥環(huán)完整性的方法計算MAWOP。海上某氣井的各個環(huán)空如圖5所示。該井的隔水導(dǎo)管外徑為609.6mm，壁厚為25.4mm，鋼級為X52，采用錘入法下入。由于C環(huán)空不能實現(xiàn)密封，因此本文僅計算A、B環(huán)空的MAWOP。4.1采用APIRP90標(biāo)準(zhǔn)的推薦做法計算MAWOP對于內(nèi)層環(huán)空與最外層環(huán)空的最大允許井口壓力，APIRP90標(biāo)準(zhǔn)的推薦計算方法如表2、表3所示(其中，MCP表示最小抗外擠強度，MIYP表示最小抗內(nèi)壓強度)。表2APIRP90推薦內(nèi)層環(huán)空最大允許井口壓力的計算方法Tab.2MAWOPcalculationmethodrecommendedinAPIRP90fortheinnerannulus內(nèi)層管柱MCP的75%(75%MCPoftheinnerpipebody)向外第一層套管MIYP的50%(50%MIYPoftheoutercasing)向外第二層套管MIYP的80%(80%MIYPofthenextoutercasing)最大允許井口壓力(MAWOP)ABCmin(A,B,C)表3APIRP90推薦最外層環(huán)空最大允許井口壓力的計算方法Tab.3MAWOPcalculationmethodrecommendedinAPIRP90forthelastouterannulus內(nèi)層管柱MCP的75%(75%MCPoftheinnerpipebody)外層套管

。如果B環(huán)空存在帶壓現(xiàn)象則會對339.7mm套管外的水泥環(huán)產(chǎn)生影響。同理，將水泥環(huán)分為兩個部分：①泥面至609.6mm隔水導(dǎo)管鞋，即垂深148.8m~218.6m；②609.6mm隔水導(dǎo)管鞋以下至1.90g/cm3固井水泥漿返高以上，即垂深218.6m~1335.9m。首先以垂深1459.2m~2878.4m為例，考慮244.5mm套管外水泥環(huán)的完整性，采用套管-水泥環(huán)-地層組合體力學(xué)分析模型，將水泥環(huán)內(nèi)壁發(fā)生破壞作為A環(huán)空允許帶壓的限制條件�；贒rucker-Prager與拉伸破壞準(zhǔn)則計算MAWOP與垂深的關(guān)系如圖6所示。本文計算中，地層圍巖外徑均取為100m；假設(shè)A、B環(huán)空均充滿液體；444.5mm井眼完鉆鉆井液密度為1.10g/cm3，311.1mm井眼完鉆鉆井液密度為1.24g/cm3；完井液密度為1.12g/cm3；其他計算條件如表5所示(其中，UTS表示單軸抗拉強度，EDH表示水平地應(yīng)力當(dāng)量密度)。由圖6可以看出，假設(shè)A環(huán)空帶壓值逐漸增大，如果采用Drucker-Prager準(zhǔn)則進行判定，首先受到破壞的將是垂深最深處的水泥環(huán)內(nèi)壁；而如果采用拉伸破壞準(zhǔn)則，最先被破壞的將是垂深最淺處的水泥環(huán)內(nèi)壁。由此可見，對于一定組成形式的套管-水泥環(huán)-地層組合體而言，隨著環(huán)空帶壓值增大，垂深最深與最淺處的水泥環(huán)內(nèi)壁將成為較薄弱的兩處。圖6基于Drucker-Prager與拉伸破壞準(zhǔn)則計算A環(huán)空的最大允許井口壓力Fig.6MAWOPprofilesofannulusAaccordingtoDrucker-Pragerandtensilefailurecriterion將以上結(jié)論推廣應(yīng)用，采用如表5所示的計算條件，可求得A環(huán)空MAWOP為15.1MPa，計算過程見表6。該值小于依據(jù)APIRP90標(biāo)準(zhǔn)計算的結(jié)果，可見

【參考文獻】：
期刊論文
[1]油氣井環(huán)空允許帶壓值的計算方法探討[J]. 何漢平.  鉆采工藝. 2018(04)
[2]基于德魯克-普拉格屈服準(zhǔn)則的巖溶頂板安全厚度計算方法[J]. 周帥.  公路工程. 2017(04)
[3]氣井環(huán)空帶壓臨界控制值研究[J]. 張智,周琛洋,王漢,劉志偉,何雨.  中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù). 2017(07)
[4]氣井環(huán)空帶壓對水泥環(huán)力學(xué)完整性的影響[J]. 張智,許紅林,劉志偉,李巍,施太和.  西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(02)
[5]頁巖氣水平井壓裂對井筒完整性的影響[J]. 劉奎,王宴濱,高德利,李星君,張勇.  石油學(xué)報. 2016(03)
[6]Drucker-Prager準(zhǔn)則參數(shù)有效性及第二主應(yīng)力對強度的影響分析[J]. 張信貴,許勝才,嚴(yán)利娥,孔祥剛,易念平.  應(yīng)用力學(xué)學(xué)報. 2015(05)
[7]連續(xù)變化內(nèi)壓下套管-水泥環(huán)-圍巖組合體微環(huán)隙計算[J]. 初緯,沈吉云,楊云飛,李勇,高德利.  石油勘探與開發(fā). 2015(03)
[8]水泥環(huán)力學(xué)完整性系統(tǒng)化評價方法[J]. 趙效鋒,管志川,廖華林,吳彥先.  中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2014(04)
[9]考慮腐蝕的環(huán)空帶壓井生產(chǎn)套管安全評價[J]. 張智,黃熠,李炎軍,張超,曾春珉.  西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2014(02)



本文編號：3117571