【摘要】：儲氣庫井筒在運行期間受到極限壓力和交變壓力的影響,壓力的過高和循環(huán)周期頻繁都會造成井筒完整性失效,然而國內(nèi)外的研究針對水泥環(huán)的研究比較少,并且建立的模型大部分都是二維模型。因此本文在彈塑性力學的基礎上,根據(jù)得到的大量儲氣庫巖石力學性質,水泥環(huán)材料數(shù)據(jù),建立了三維多地層井筒模型,通過ABAQUS軟件分析水泥環(huán)井筒在極限壓力下,水泥環(huán)在不同工況下的受力情況以及在交變壓力下,水泥環(huán)膠結面分離情況和疲勞情況。獲得如下認識:在理想狀態(tài)下,儲氣庫應選用低彈性模量、高泊松比的水泥漿體系,而不是增加水泥環(huán)厚度。這主要是因為水泥環(huán)應力隨著彈性模量的增加和泊松比的減小而逐漸增加,增加的幅度較大,而隨著水泥環(huán)厚度的增加,水泥環(huán)應力增加的幅度較少;在理想狀態(tài)下,水泥環(huán)不會發(fā)生強度破壞。當水泥環(huán)在較低的橢圓度,低套管偏心,低水泥環(huán)缺失情況下,水泥環(huán)受力比較接近理想情況;但是在較高的橢圓度,套管偏心,水泥環(huán)缺失情況下,水泥環(huán)受力遠遠大于理想情況,水泥環(huán)整體不均勻性變大;同時較高的套管偏心以及水泥環(huán)缺失情況下,水泥環(huán)會在偏心處和缺失面積附近處,發(fā)生強度破壞。在理想狀態(tài)下,無論彈性模量、泊松比、厚度的變化,水泥環(huán)的一、二界面始終保持緊密接觸;在非理想狀態(tài)下,橢圓度的變化,不會導致水泥環(huán)發(fā)生接觸失效,水泥環(huán)一界面和二界面始終保持接觸。但是,在較大的水泥環(huán)缺失和套管偏心下,水泥環(huán)整體非均勻性的增加,水泥環(huán)的一界面開始分離,開始分離的時間逐漸提前。因此在非理想狀態(tài)下,過高的偏心度和水泥環(huán)缺失,可能導致天然氣從一界面出泄漏。通過疲勞分析,在理想狀態(tài)下和非理想狀態(tài)下,水泥環(huán)疲勞次數(shù)遠大于50次,均能滿足鹽穴儲氣庫50年運行要求。通過以上分析,本文認為,低彈性模量,高泊松比的水泥漿體系更適合儲氣庫的要求;同時,保持井壁穩(wěn)定,套管居中能保證儲氣庫后期穩(wěn)定的運行。
[Abstract]:The wellbore of gas storage is affected by the limit pressure and alternating pressure during operation. The high pressure and frequent cycle will cause the wellbore integrity failure. However, there is little research on cement ring at home and abroad. And most of the models established are two-dimensional models. On the basis of elastoplastic mechanics, according to the rock mechanical properties of gas storage reservoir and the material data of cement ring, a three-dimensional multi-formation wellbore model is established in this paper. The ABAQUS software is used to analyze the cement-ring wellbore under the limit pressure. The stress of cement ring under different working conditions and the separation and fatigue of cement ring cementing surface under alternating pressure. Under the ideal condition the cement slurry with low elastic modulus and high Poisson ratio should be used instead of increasing the thickness of cement ring. This is mainly because the stress of cement ring increases gradually with the increase of elastic modulus and the decrease of Poisson's ratio, but with the increase of cement ring thickness, the stress of cement ring increases by less. Cement ring will not occur strength damage. Under the condition of low ellipticity, low casing eccentricity and low cement sheath missing, the stress of cement sheath is close to the ideal condition, but in the case of higher ellipticity, casing eccentricity and missing cement sheath, The stress of cement ring is far greater than that of ideal condition, and the overall inhomogeneity of cement ring becomes larger. At the same time, when the casing eccentricity is high and the cement ring is missing, the strength of cement ring will be destroyed at the eccentricity and near the missing area. Under ideal conditions, the first and second interfaces of the cement ring remain in close contact regardless of the change of elastic modulus, Poisson's ratio, thickness, and the ellipticity of the cement ring does not cause contact failure in the non-ideal state. The first and second interfaces of the cement ring are always in contact with each other. However, under the condition of large cement sheath missing and casing eccentricity, the overall inhomogeneity of cement sheath increases, the interface of cement sheath begins to separate, and the time of separation begins to advance gradually. Therefore, high eccentricity and lack of cement ring may lead to gas leakage from an interface in non-ideal state. Through fatigue analysis, the fatigue times of cement ring are far more than 50 times under ideal and non-ideal conditions, which can meet the requirements of 50 years operation of salt cavern gas storage. Through the above analysis, it is concluded that the cement slurry system with low elastic modulus and high Poisson ratio is more suitable for the requirement of gas storage, and at the same time, keeping the sidewall stable and casing in the middle can ensure the stable operation of the gas storage in the later stage.
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE972

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本文編號：2285460