體積壓裂套管溫度應力計算分析

董文濤，申瑞臣，梁奇敏，張弘，代宇

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；2.中國石油集團鉆井工程技術研究院，北京102206）

體積壓裂套管溫度應力計算分析

董文濤1，2，申瑞臣2，梁奇敏1，張弘1，代宇1

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083；2.中國石油集團鉆井工程技術研究院，北京102206）

體積壓裂過程中大量壓裂液經套管持續(xù)注入使井筒溫度產生較大變化，溫度變化引起的套管熱應力對體積壓裂過程中井筒完整性有較大影響。以我國南方某頁巖氣井體冬季、夏季體積壓裂中井筒降溫情況為例，文中對體積壓裂過程中井筒降溫情況進行了計算，計算結果表明，體積壓裂過程中井筒降溫幅度較大，最大溫度降低值近76℃。針對體積壓裂中套管溫度應力問題，文中基于熱傳導理論及熱彈性力學理論，建立了體積壓裂中套管溫度應力計算模型。同時，推導了體積壓裂中溫度影響下套管抗外擠強度計算公式。依據(jù)推導的公式，對體積壓裂過程中套管抗外擠強度進行了校核分析，計算結果顯示，溫度應力對套管抗外擠強度有較大影響，冬季施工過程中溫度應力使套管抗拉強度降低23%，內壓與溫度應力聯(lián)合作用下，套管抗外擠強度降19%。

體積壓裂；套管強度；計算模型；頁巖氣

石油鉆采技術在常規(guī)與非常規(guī)油氣領域不斷發(fā)展的同時，人們關于套管溫度應力的認識也不斷提高。深井作業(yè)管柱熱應力、稠油熱采套管熱應力膨脹等問題不斷向石油工作者提出挑戰(zhàn)［1-2］。頁巖氣開發(fā)體積壓裂過程中［3-4］，大量壓裂液持續(xù)注入引起井筒溫度較大變化，溫度變化產生的附加應力致使套管強度降低，對井筒完整性有重要影響。……