溫壓耦合作用下的套管磨損和應(yīng)力分布

宋學(xué)鋒 ，李軍 ，柳貢慧 ，2，席巖 ，連威 ，郭雪利

（1.中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京 102249；2.北京工業(yè)大學(xué)，北京 100124）

0 引言

頁巖氣井分段壓裂后，一般采用連續(xù)油管連接鉆銑工具鉆塞［1-5］。鉆銑過程中，連續(xù)油管與套管產(chǎn)生摩擦，容易導(dǎo)致生產(chǎn)套管內(nèi)壁產(chǎn)生磨損［6-8］。國內(nèi)外研究結(jié)果表明，磨損后的套管強(qiáng)度明顯降低，將會(huì)顯著影響套管的完整性。針對(duì)該問題，國內(nèi)外學(xué)者開展了一系列研究：Bradley等［9-12］研究了磨損深度的預(yù)測(cè)方法，Song等［13-14］建立了極坐標(biāo)系下月牙形磨損套管的應(yīng)力計(jì)算公式，Kuriyama等［15］研究了磨損和彎曲對(duì)套管抗擠強(qiáng)度的影響，李軍等［16］分析了非均勻地應(yīng)力條件下磨損位置對(duì)套管應(yīng)力的影響，劉書杰等［17］研究了大位移井套管磨損的剩余強(qiáng)度，Chen等［18-19］研究了磨損對(duì)套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度的影響。但是，以上研究均未考慮頁巖氣井壓裂過程中瞬態(tài)溫度、壓力共同作用的實(shí)際情況。頁巖氣井壓裂過程中，套管在水平井著陸點(diǎn)的變形問題顯著。工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井成像數(shù)據(jù)顯示，著陸點(diǎn)附近套管存在顯著磨損，兩者之間存在顯著關(guān)聯(lián)。因此，有必要對(duì)頁巖氣井壓裂過程中生產(chǎn)套管的磨損問題進(jìn)行研究。

基于頁巖氣井壓裂過程中連續(xù)油管對(duì)套管磨損的工程實(shí)際情況，分析了連續(xù)油管行程和磨損深度之間的關(guān)系，并且在考慮壓裂過程中瞬態(tài)溫壓耦合的基礎(chǔ)上，建立了套管-水泥環(huán)-地層三維數(shù)值模型，分析了磨損深度、套管壓力對(duì)磨損套管應(yīng)力分布的影響。該研究結(jié)果對(duì)于頁巖氣井壓裂過程中的套管設(shè)計(jì)和完整性控制，具有重要的借鑒意義。……