鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)套管的破壞模式和安全性分析.pdf

1、隨著工業(yè)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，石油和天然氣得到廣泛應(yīng)用，并且成為了最主要的能源之一。鹽巖具有諸多優(yōu)良特性:孔隙率低、滲透率小、損傷自恢復(fù)、塑性變形能力大等，被廣泛認(rèn)為是石油、天然氣地下儲(chǔ)備的理想場(chǎng)所。但其開(kāi)采、運(yùn)輸和儲(chǔ)存等活動(dòng)受套管壽命限制的問(wèn)題愈加突出，成為西氣東輸大背景下的瓶頸問(wèn)題。因此對(duì)可能影響套管壽命因素進(jìn)行分析，確定對(duì)套管應(yīng)力應(yīng)變有影響的因素，從而對(duì)套管的設(shè)計(jì)和套損修復(fù)提出可行建議和措施。
　　 通過(guò)套管的損壞機(jī)理分析確定可

2、能影響套管應(yīng)力的因素有鹽巖的力學(xué)性能、蠕變及地形分布、水泥環(huán)、運(yùn)行期內(nèi)的工作狀態(tài)、套管本身的特性。因此在計(jì)算時(shí)，將套管-水泥環(huán)-鹽巖組合體作為分析模型。因?yàn)樵谏疃确较蛏?，靜水壓力、巖石蠕變等均有變化，而平面模型并不能很好的分析這種變化，因此，建立套管-水泥環(huán)-鹽巖組合體的三維立體有限元模型。
　　 從套管的設(shè)計(jì)角度分析，主要考慮套管的設(shè)計(jì)強(qiáng)度能否在特定的荷載條件下滿足要求。因此對(duì)于套管的確定性分析主要討論了巖石蠕變、水泥環(huán)的設(shè)置

3、以及在不同鹽巖中影響。計(jì)算結(jié)果表明，巖石的蠕變對(duì)套管應(yīng)力的影響非常明顯，因此不可忽略。試驗(yàn)表明，水泥環(huán)能夠減小套管應(yīng)力，并且將套管與鹽巖緊密粘結(jié)在一起，有效增強(qiáng)套管的密封性能。對(duì)于水泥環(huán)的設(shè)置，要盡可能的增大水泥環(huán)的彈性模量，而水泥環(huán)的厚度在3cm時(shí)效果最佳。至于鹽巖粘聚力的改變對(duì)套管應(yīng)力的影響不太明顯，但是在鹽巖粘聚力為3MPa時(shí)，套管應(yīng)力相對(duì)較小。
　　 在儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行期間，套管的安全性分析中，同時(shí)考慮到幾何尺寸、荷載、材料特

4、性等多因素的隨機(jī)特性，基于響應(yīng)面法對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行期套管系統(tǒng)的失效概率及敏感性因素進(jìn)行了分析，通過(guò)與地質(zhì)模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性，為套管的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。主要結(jié)論是，套管、水泥環(huán)以及鹽巖的彈性模量均是影響套管可靠性的重要因素，但是結(jié)合現(xiàn)實(shí)的技術(shù)水平，這幾個(gè)因素仍我們目前無(wú)法改變的，因此我們只能在提供工程勘測(cè)資料時(shí)，將這些因素的測(cè)量數(shù)據(jù)誤差盡量控制的一定的范圍內(nèi)。水泥環(huán)的抗拉強(qiáng)度也是套管使用的制約因素，因此