水泥环及补强纤维增强与储气井强度研究
随着国家大力发展清洁能源趋势的加强，储气井作为一种新型地下储气装置，因具有占地面积小、消防半径低、储气温度恒定等优点得到了大量推广应用。随着储气井的大量应用和使用时间不断增加，在储气井检验、制造以及使用中发现储气井不仅存在井筒飞出、井筒上窜、井筒上冒下沉等安全隐患，而且因降压、停用产生大量经济损失。为保证储气井的安全性和降压、停用井的经济效益，近几年关于储气井的研究报道逐年增多，中国特种设备检测研究院、大连理工大学等研究机构联合起草的储气井国家标准也已进入报批阶段，这有利于规范储气井的市场秩序，推动储气井的发展。 加强储气井强度是提高储气井的安全性和效益性的重要手段，其中水泥环和补强纤维增强对于提高储气井强度可以发挥重要作用。水泥环是储气井的一个重要部分，它能限制井管变形并对储气井起到加强作用;补强纤维可增加井管缺陷强度，是恢复降压、停用井正常使用的重要手段。然而长期以来关于水泥环和补强纤维对储气井强度影响的研究甚少，相关试验研究也几乎处于空白状态。基于储气井的发展需求和恢复降压、停用井正常使用的形势迫切性，论文主要研究内容和结论如下: (1)根据储气井实际施工情况建造地下储气井试验井，分别在固井前和固井后测量了不同内压下的井筒应变，通过分析试验数据主要得到如下结论:水泥环对井筒轴向具有更强的加强作用，固井后水泥环能使井筒环向应力和轴向应力分别降低16％和60％;井筒内压升高会增加水泥环对井筒环向的加强作用，但水泥环对井筒轴向的加强作用受内压的影响不大。 (2)建立井筒居中、井径扩大、井筒偏心有限元模型，结合水泥环和地层力学性能参数研究井径扩大、井筒偏心对水泥环加强作用的影响，主要得到如下结论:高模量的水泥环和刚度大的地层能显著提高水泥环的加强作用，可将水泥环加强系数由0.13和0.09提高至0.36和0.4;松软地层发生井径扩大会显著降低水泥环的加强作用，降幅达36％;井筒偏心出现在松软地层，能使加强系数由0.22降低到-0.14，但当偏心度小于33％时井筒偏心对加强系数的影响不大，加强系数仅降低0.045。 (3)建立单点腐蚀、局部腐蚀及均匀腐蚀有限元模型，研究补强层厚度、腐蚀缺陷尺寸对井筒应力和补强层数的影响，主要得到如下结论:对于不同的腐蚀类型和腐蚀深度，均可通过增加补强层厚度使井管总体薄膜应力和最大应力分别降低至许用应力和屈服强度以下;碳纤维补强层厚度主要由腐蚀深度决定，在同一腐蚀深度下，腐蚀缺陷环向角度越小所需补强层数越少，不同腐蚀类型间补强层厚度相差0.5 mm～1 mm。
储气井;应变测量;水泥环;纤维补强;腐蚀缺陷;地层力学性能
大连理工大学
硕士
化工过程机械
马源;段志祥
2013
中文
TE377;TE988
95
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）