深層地熱井考慮水泥環損傷的套管預熱應力設計

摘要：深層地熱資源相較于傳統地熱資源具有更大的開發潛力，但由于深層地熱井井底溫度更高，在開發開采中高溫流體使套管受熱膨脹，易引起套管屈服變形損壞。而目前對于深層地熱井套管安全問題在理論研究和技術實踐上均面臨著諸多挑戰。為此，根據厚壁圓筒理論和熱彈性力學基本理論，利用對套管預先施加熱應力降低套管的軸向熱應力，考慮高溫水泥石損傷后地層水泥環套管的接觸問題，并以套管有效應力控制在相應溫度下的最小屈服極限內為原則，根據套管柱強度設計安全系數，評價套管安全性能，建立深層地熱井套管預熱應力設計方法，緩解高溫對套管熱損傷的問題。結果表明，水泥漿的密度對損傷因子影響不大，水泥環的彈性模量對損傷因子起主導作用。在預熱情況下，注水條件下（注水溫度為65℃）在預熱250℃以下能夠滿足設計條件，在地熱生產條件下（地熱溫度為346℃），需要超過200℃才能夠滿足安全設計要求。

關鍵詞：深層地熱井；水泥環損傷；套管；預熱應力；安全評價