體積壓裂套管溫度應(yīng)力計(jì)算分析

董文濤，申瑞臣，梁奇敏，張弘，代宇

（1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083；2.中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，北京102206）

體積壓裂套管溫度應(yīng)力計(jì)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(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083；2.中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，北京102206）

體積壓裂過(guò)程中大量壓裂液經(jīng)套管持續(xù)注入使井筒溫度產(chǎn)生較大變化，溫度變化引起的套管熱應(yīng)力對(duì)體積壓裂過(guò)程中井筒完整性有較大影響。以我國(guó)南方某頁(yè)巖氣井體冬季、夏季體積壓裂中井筒降溫情況為例，文中對(duì)體積壓裂過(guò)程中井筒降溫情況進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，體積壓裂過(guò)程中井筒降溫幅度較大，最大溫度降低值近76℃。針對(duì)體積壓裂中套管溫度應(yīng)力問(wèn)題，文中基于熱傳導(dǎo)理論及熱彈性力學(xué)理論，建立了體積壓裂中套管溫度應(yīng)力計(jì)算模型。同時(shí)，推導(dǎo)了體積壓裂中溫度影響下套管抗外擠強(qiáng)度計(jì)算公式。依據(jù)推導(dǎo)的公式，對(duì)體積壓裂過(guò)程中套管抗外擠強(qiáng)度進(jìn)行了校核分析，計(jì)算結(jié)果顯示，溫度應(yīng)力對(duì)套管抗外擠強(qiáng)度有較大影響，冬季施工過(guò)程中溫度應(yīng)力使套管抗拉強(qiáng)度降低23%，內(nèi)壓與溫度應(yīng)力聯(lián)合作用下，套管抗外擠強(qiáng)度降19%。

體積壓裂；套管強(qiáng)度；計(jì)算模型；頁(yè)巖氣

石油鉆采技術(shù)在常規(guī)與非常規(guī)油氣領(lǐng)域不斷發(fā)展的同時(shí)，人們關(guān)于套管溫度應(yīng)力的認(rèn)識(shí)也不斷提高。深井作業(yè)管柱熱應(yīng)力、稠油熱采套管熱應(yīng)力膨脹等問(wèn)題不斷向石油工作者提出挑戰(zhàn)［1-2］。頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)體積壓裂過(guò)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(chǎn)生的附加應(yīng)力致使套管強(qiáng)度降低，對(duì)井筒完整性有重要影響。……