固井缺陷对磨损套管抗内压强度的影响

套管磨损和固井缺陷是钻井过程中必然存在的现象。应用相似准则设计出磨损套管的相似模型,对不同固井质量缺陷和不同磨损情况的套管进行组合实验,将实验结果与有限元分析相结合来研究模型套管在不同固井缺陷和不同磨损量下的抗内压强度。将模型套管推广到原型,利用有限元方法分别计算了水泥环—套管—地层系统在不同水泥环缺失范围、不同套管磨损程度下的抗内压性能。研究结果表明:当水泥环有缺损时,不但不能增强套管的抗内压能力,反而降低了套管的抗内压强度。水泥环的缺失范围越小,应力集中现象越严重。

固井水泥环内部缺陷超声波检测仿真研究

固井水泥环内部的各种缺陷会导致层间窜流、井口带压等事故。无损检测技术作为一种非破坏性的检测方法,可以对固井水泥环内部的缺陷进行检测。基于超声波在连续介质中的传播规律,采用COMSOL仿真软件模拟压电效应以及超声波在水泥环中的传播状态和反射规律,研究水泥环缺陷反射信号的相关特性。研究结果表明:选择1.0 MHz 5周期Hanning窗调制的超声正弦波作为激励信号,超声探头可以在50μs内接收到水泥环缺陷的反射信号;不同类型的缺陷中,矩形缺陷的检测效果最佳;当缺陷主方向与超声波入射方向垂直时,检测效果最佳。研究结果验证了超声波无损检测技术可以快速准确地确定固井水泥环内部缺陷的类型和位置,同时调整超声波入射角度有助于提升检测效果,可为超声波在水泥环内部缺陷检测中的应用提供一定的指导意义。

弹性约束环境下圆柱壳体应力分析

根据薄壳理论,针对局部环状固井缺陷处地层蠕变挤压引起的套管破坏问题,建立套管应力变形分析的微分方程,探讨水泥环弹性约束条件下的边界待定问题,用位移法和半逆解法,确定待定边界,得到位移和应力解,分析应力分布状况,得到弹性约束环境下圆柱壳体的应力解与载荷、套管几何尺寸、力学性质、自由套管长度有关的结论。结果说明套管破损危险位置主要在缺陷中部和边缘,依此建立套管损坏条件。该理论分析对分析套管抗挤能力具有理论指导意义。