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摘 要：在油井生产过程中， 地层的蠕变使套管发生变形，进而使套管损坏。套管在外压作用下发生变形，可以采用以大型非线性有限元软件ADINA为研究工具，将套管看成弹性体，确定在均匀地应力条件下蠕变地层套管应力应变的分布规律。套管因变形而损坏的预测在油藏开发和生产过程中是极其重要的。
目前，国内外油田开发中普遍存在着套管损坏问题，主要表现为变形、破裂和错断。套管损坏的原因十分复杂，但其根本原因是在地应力作用下套管所受的外载超过了套管的抗外载强度，而计算在均匀地应力条件下蠕变地层套管的载荷大都采用位移法[1]。对于油田套管的损坏一般有两种方式：一是油层顶部至井底的套管缩径变形损坏；二是浅层套管腐蚀穿孔[2]。人们已经对一般地层套管载荷和蠕变地层的套管载荷进行了分析研究，包括数值模拟和试验研究，数值模拟的内容涉及套管水泥环组合体分析[3]、挤压分析[4]、非均匀地应力作用[5]等。
1、ADINA有限元法模拟的基础理论
ADINA软件基于有限元技术的大型通用分析仿真平台，在计算理论和求解问题的广泛性方面处于全球领先地位。ADINA程序提供了用于2-D和3-D固体应力分析以及静力学和动力学中结构分析的功能，分析对象可以是线性的、非线性的。在接触分析方面ADINA软件具有超强的实力，分析本文所要研究的问题非常合适。
2、计算分析模型
2.1 物理模型
在垂直裸眼井中下入套管，除了套管自重和井内液体形成的壓力载荷外，整根套管柱不受其他外力作用。本文略去固井水泥的影响，假设地层是弹性地层，并受到均匀大小不同的水平地应力作用，水泥环与地层具有相同力学性质，管的纵向伸缩受到约束，可将其作为平面应变问题。而在实际情况下，在初始时刻，套管保持为圆形，随着时间的延长，套管将在不均匀地应力作用下发生变形。
2.2 几何模型
本模型采用Native方法建立有限元模型，套管半径取0.14m，厚度0.01m，地层宽度是套管半径的10倍，取为1.4m，相当于无限大地层，取套管和地层的四分之一为研究对象，地层宽度为0.7m。图1为模拟套管受力的有限元模型图。
2.3 材料参数的选取
ADINA计算中Elastic-Isotropic材料模型需要的参数为：地层的弹性模量，泊松比，套管的弹性摸量，泊松比。对于本文假定地层相对均匀，弹性模量的选取直接反映岩体的变形大小。关于岩体与岩块变形特征之间的关系，目前还没有合理通用的定量关系，大多靠实验反映。经综合分析，地层参数先取=25GPa，，套管参数取，。
2.4 地应力大小不同的影响
（2）本文利用ADINA软件有限元技术的大型通用分析仿真平台对蠕变地层套管的应力应变做出了具体的分析，并给出了当水平方向的地应力等于垂直方向的地应力时，在某一特定地层和套管参数下，套管是否发生损坏的具体计算，对于现场实际具有重要参考价值。
参考文献
[1]殷有泉，李志明，张广清等.蠕变地层套管载荷分析研究.岩石力学与工程学报，2004，23（14）：2381～2384
[2]李允子，李根民1 中原油田复合盐层的特性及其钻井工艺技术1 石油钻采工艺， 1985， 7 （ 6）： 20 -251
[3]邓金根，王康平，黄荣樽.油井套管水泥环组合体抗非均匀围岩外载的强度特性[J]. 岩石力学与工程学报，1994，13（2）：160～167
[4]仇伟德，赵怀文.套管的挤压分析[J]. 石油学报，1995，16（2）：99～108
[5]房 军，赵怀文.非均匀地应力作用下套管与水泥环的受力分析[J].石油大学学报（自然科学版），1995，19（6）：52～57
[6] 李子丰，杨敏嘉，李邦达.油井套管损坏的机理分析[J].石油钻采工艺，1985， 7（4） ：47- 53.
基金项目：本文是受长江大学2012年大学生创新性实验计划项目基金资助（项目编号2012337）成果之一
目前，国内外油田开发中普遍存在着套管损坏问题，主要表现为变形、破裂和错断。套管损坏的原因十分复杂，但其根本原因是在地应力作用下套管所受的外载超过了套管的抗外载强度，而计算在均匀地应力条件下蠕变地层套管的载荷大都采用位移法[1]。对于油田套管的损坏一般有两种方式：一是油层顶部至井底的套管缩径变形损坏；二是浅层套管腐蚀穿孔[2]。人们已经对一般地层套管载荷和蠕变地层的套管载荷进行了分析研究，包括数值模拟和试验研究，数值模拟的内容涉及套管水泥环组合体分析[3]、挤压分析[4]、非均匀地应力作用[5]等。
1、ADINA有限元法模拟的基础理论
ADINA软件基于有限元技术的大型通用分析仿真平台，在计算理论和求解问题的广泛性方面处于全球领先地位。ADINA程序提供了用于2-D和3-D固体应力分析以及静力学和动力学中结构分析的功能，分析对象可以是线性的、非线性的。在接触分析方面ADINA软件具有超强的实力，分析本文所要研究的问题非常合适。
2、计算分析模型
2.1 物理模型
在垂直裸眼井中下入套管，除了套管自重和井内液体形成的壓力载荷外，整根套管柱不受其他外力作用。本文略去固井水泥的影响，假设地层是弹性地层，并受到均匀大小不同的水平地应力作用，水泥环与地层具有相同力学性质，管的纵向伸缩受到约束，可将其作为平面应变问题。而在实际情况下，在初始时刻，套管保持为圆形，随着时间的延长，套管将在不均匀地应力作用下发生变形。
2.2 几何模型
本模型采用Native方法建立有限元模型，套管半径取0.14m，厚度0.01m，地层宽度是套管半径的10倍，取为1.4m，相当于无限大地层，取套管和地层的四分之一为研究对象，地层宽度为0.7m。图1为模拟套管受力的有限元模型图。
2.3 材料参数的选取
ADINA计算中Elastic-Isotropic材料模型需要的参数为：地层的弹性模量，泊松比，套管的弹性摸量，泊松比。对于本文假定地层相对均匀，弹性模量的选取直接反映岩体的变形大小。关于岩体与岩块变形特征之间的关系，目前还没有合理通用的定量关系，大多靠实验反映。经综合分析，地层参数先取=25GPa，，套管参数取，。
2.4 地应力大小不同的影响
（2）本文利用ADINA软件有限元技术的大型通用分析仿真平台对蠕变地层套管的应力应变做出了具体的分析，并给出了当水平方向的地应力等于垂直方向的地应力时，在某一特定地层和套管参数下，套管是否发生损坏的具体计算，对于现场实际具有重要参考价值。
参考文献
[1]殷有泉，李志明，张广清等.蠕变地层套管载荷分析研究.岩石力学与工程学报，2004，23（14）：2381～2384
[2]李允子，李根民1 中原油田复合盐层的特性及其钻井工艺技术1 石油钻采工艺， 1985， 7 （ 6）： 20 -251
[3]邓金根，王康平，黄荣樽.油井套管水泥环组合体抗非均匀围岩外载的强度特性[J]. 岩石力学与工程学报，1994，13（2）：160～167
[4]仇伟德，赵怀文.套管的挤压分析[J]. 石油学报，1995，16（2）：99～108
[5]房 军，赵怀文.非均匀地应力作用下套管与水泥环的受力分析[J].石油大学学报（自然科学版），1995，19（6）：52～57
[6] 李子丰，杨敏嘉，李邦达.油井套管损坏的机理分析[J].石油钻采工艺，1985， 7（4） ：47- 53.
基金项目：本文是受长江大学2012年大学生创新性实验计划项目基金资助（项目编号2012337）成果之一