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《山东大学》 2012年
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盐岩储气库套管的破坏模式和安全性分析

张凤伟  
【摘要】:随着工业发展和社会进步,石油和天然气得到广泛应用,并且成为了最主要的能源之一。盐岩具有诸多优良特性:孔隙率低、渗透率小、损伤自恢复、塑性变形能力大等,被广泛认为是石油、天然气地下储备的理想场所。但其开采、运输和储存等活动受套管寿命限制的问题愈加突出,成为西气东输大背景下的瓶颈问题。因此对可能影响套管寿命因素进行分析,确定对套管应力应变有影响的因素,从而对套管的设计和套损修复提出可行建议和措施。 通过套管的损坏机理分析确定可能影响套管应力的因素有盐岩的力学性能、蠕变及地形分布、水泥环、运行期内的工作状态、套管本身的特性。因此在计算时,将套管-水泥环-盐岩组合体作为分析模型。因为在深度方向上,静水压力、岩石蠕变等均有变化,而平面模型并不能很好的分析这种变化,因此,建立套管-水泥环-盐岩组合体的三维立体有限元模型。 从套管的设计角度分析,主要考虑套管的设计强度能否在特定的荷载条件下满足要求。因此对于套管的确定性分析主要讨论了岩石蠕变、水泥环的设置以及在不同盐岩中影响。计算结果表明,岩石的蠕变对套管应力的影响非常明显,因此不可忽略。试验表明,水泥环能够减小套管应力,并且将套管与盐岩紧密粘结在一起,有效增强套管的密封性能。对于水泥环的设置,要尽可能的增大水泥环的弹性模量,而水泥环的厚度在3cm时效果最佳。至于盐岩粘聚力的改变对套管应力的影响不太明显,但是在盐岩粘聚力为3MPa时,套管应力相对较小 在储气库运行期间,套管的安全性分析中,同时考虑到几何尺寸、荷载、材料特性等多因素的随机特性,基于响应面法对储气库运行期套管系统的失效概率及敏感性因素进行了分析,通过与地质模型试验结果进行对比,验证了数值模拟结果的可靠性,为套管的设计提供理论依据和实践经验。主要结论是,套管、水泥环以及盐岩的弹性模量均是影响套管可靠性的重要因素,但是结合现实的技术水平,这几个因素仍我们目前无法改变的,因此我们只能在提供工程勘测资料时,将这些因素的测量数据误差尽量控制的一定的范围内。水泥环的抗拉强度也是套管使用的制约因素,因此在设计时,应综合考虑安全性和经济性。套管钢管的内径厚度选择以及相应的水泥环的厚度和强度,直接影响套管的安全性和工程的经济合理,需要理性取舍。至于盐岩蠕变和注采气速率是储气库运行期间对套管可靠度的主要影响因素。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TE82

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【参考文献】
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