Влияние эксцентриситета на напряженно-деформированное состояние цементного кольца в буровой скважине

Abstract

Конструкция скважины определяется количеством, диаметром и глубиной спуска обсадных колонн, диаметрами ствола скважины для каждой из обсадных колонн, интервалами цементирования обсадных колонн. Заколонное пространство обсадных колонн заполняется специальными цементными растворами, со временем твердеющими, чтобы обеспечить герметическое и прочное крепление. Стенки скважины становятся устойчивыми, перетекание флюидов из одних пластов или пропластков в другие будет предотвращаться, если качество цементирования высокое. В реальной скважине кольцевое пространство заметно отличается своей конфигурацией от пространства между двумя соосными цилиндрами: колонна труб, как правило, расположена в скважине эксцентрично; по длине кольцевого пространства есть участки сужений и расширений. В работе рассматривается решение задачи эксцентричного кольца под действием внутреннего и внешнего давления. Получены зависимости напряжений, деформаций и перемещений в эксцентричном кольце. Проведен сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния эксцентричного и концентричного колец для случая цементного камня в скважине. Приведен пример распределения окружных, радиальных и касательных напряжений в радиальном и окружном направлениях в различных сечениях эксцентричного цементного кольца в условиях эксплуатации скважины. Дана оценка влияния эксцентричности на напряженно-деформированное состояние цементного кольца в буровой скважине.

Конструкція свердловини визначається кількістю, діаметром та глибиною спуску обсадних колон, діаметрами ствола свердловини для кожної з обсадних колон, інтервалами цементування обсадних колон. Заколонний простір обсадних колон заповнюється спеціальними цементними розчинами, які з часом тверднуть, щоб забезпечити герметичне й міцне кріплення. Стінки свердловини стають стійкими, вони будуть запобігати перетіканню флюїдів з одних шарів або прошарків в інші, якщо якість цементування висока. У реальній свердловині кільцевий простір помітно відрізняється своєю конфігурацією від простору між двома співвісними циліндрами: колона труб, як правило, розташована у свердловині ексцентрично, по довжині кільцевого простору є ділянки звужень і розширень. У цій роботі розглядається розв’язання задачі ексцентричного кільця під дією внутрішнього і зовнішнього тисків. Одержано залежності напружень, деформацій і переміщень в ексцентричному кільці. Проведено порівняльний аналіз напружено-деформованого стану ексцентричного і концентричного кілець для випадку цементного каменю у свердловині. Наведено приклад розподілу колових, радіальних і дотичних напружень в радіальному та коловому напрямках у різних перерізах ексцентричного цементного кільця в умовах експлуатації свердловини. Дана оцінка впливу ексцентричності на напружено-деформований стан цементного кільця у свердловині.

The design of a well is determined by the amount, diameter and depth of casing running, borehole diameter for each of the casing, cementing casing intervals. Casing annular space is filled with a special cement slurry that eventually harden, to ensure a hermetic and strong attachment. The walls of the wells are stable. The high quality of cementing protects flow of fluids from one seam or seams in others. In real well annular space is noticeably different from the configuration of its space between two coaxial cylinders. It is usually eccentrically located in the well. There are sections of the restrictions and extensions along the annular space. In this paper, the authors consider the solution of the eccentric ring under internal and external pressure. The dependences of the stresses, strains and displacements in the eccentric ring are demonstrated. A comparative analysis of the stress-strain state of the eccentric and concentric rings in the case of cement stone in the well is given. An example of distribution of rotational, radial and tangential stresses in the ra-dial and circumferential directions in different sections of the eccentric cement annulus in a well operation is described. The estimation of the influence of eccentricity on the stress-strain state of the cement ring in a borehole is given.