地震作用下油井套管的动力响应分析研究

摘要

地震作用下油井套管的动力响应规律关系到油井生产和运营的安全性。基于弹性地基梁和土-结构相互作用理论，建立套管横向振动力学模型；运用有限元和时程分析法，建立无油井套管的场地土层和油井套管-土的数值模型，研究不同加速度峰值El-Centro波作用下油井套管动力响应规律。结果表明：(1)套管、土体的位移和加速度响应随着埋深增大而减小，且减小幅度增大。(2)套管的存在降低了场地土的地震动力响应，但降低幅度较小。(3)地面0 m处套管的地震动力响应最显著，土体非线性特征明显；套管在地面0 m处附近产生应力集中，为最不利位置处。(4)在土体刚度变化较大的位置出现应力突变，应力峰值在2～6 s、9～12 s持续波动，对套管造成较大的变形与破坏；套管加速度时程曲线比输入的地震波时程曲线滞后0.08 s。(5)地面0 m处附近约束套管的土体变形比较深处的土体严重，加速度时程曲线呈现明显的多峰特征。研究结论可为油井的抗震设计、安全生产和运营维护等提供理论依据和技术支撑。

关键词

油井套管结构 / 地震动力响应 / 非线性时程分析 / 有限元数值模拟

基金资助

陕西省重点研发计划项目(2022SF-085); 陕西省油气井及储层渗流与岩石力学重点实验室开放基金(WSFRM20200102001)