断层滑移作用下采油井套管力学行为及影响因素研究

摘要

断层滑移会使采油井套管承受复杂的剪切、挤压与弯曲载荷，常导致套管发生错断及弯曲变形，是威胁井筒完整性及油井寿命的主要套损形式之一。为解决此类问题并做好相应的预防措施，本文建立了断层作用下地层-水泥环-套管三维数值耦合模型，分析断层位移、地层弹性模量、地层泊松比及套管内压对套管应力与应变的影响。结果表明：随断层位移增加，套管由“S”型形变发展为“Z”型屈曲，应力与应变显著增大，最大应变增幅达11倍；地层弹性模量增大时，断层上方受压侧应力大幅减小，最大降幅70.3%，下方应力增大，应变随弹性模量增加而增大，其中最大增幅2.6倍；地层泊松比对套管应力应变呈非线性影响，低泊松比为0.25时断层处出现明显压应变突变0.018，发生显著屈曲；套管内压影响复杂，远离断层位置应力随内压增大而增大，断层附近应力应变呈现先增后降或持续减小等规律。基于上述分析，断层位移是套管失稳的主控因素，而地层弹性模量、泊松比及内压通过非线性耦合机制显著调控其应力应变响应，工程中需针对断层带进行差异化抗屈曲设计。

关键词

走滑断层 / 套管 / 应力 / 应变 / 内压

基金资助

江苏油田科研项目“井筒重建优化工艺应用”