枯竭油气藏地下储气库套管柱水泥环强度分析

石 油 机 械 C H I N A P E T R O L E U M M A C H I N E R Y 2 0 1 1 年 第 3 9卷 第 1 1期 ． _ 设计计算 枯竭油气藏 地下储气 库套管柱水泥环强度分析 张 丹 ， 陈 娟 张 宏 冀亚峰 ( 1 ．中国石 油集 团石 油管工程技术研 究院 2 ．中国石 油大 学 ( 北 京 )机 电工程学院 3 ．中国石油华北油田公司华丽综合服务 处) 摘要 在储气库技术研究中，对套管柱的受力情况进行研究十分重要。利用解析法建立地下 储气库套管柱力学模 型，分别分析套管柱在 内压及外挤载荷 、温度载荷和轴向载荷作用下的环向、 轴 向和径 向应力，将各种载荷 引起 的应力及位移叠加 ，计算套管柱 的受力情况，并通过 实例来分 析水泥环特性对套管受力及水 泥环三向应力的影响。结果表 明，套管在注气工况下受力较大 ，套 管应力随水泥环弹性模量的增大而逐渐减小，当水泥环弹性模量增大到一定值 时套管应力减小不 明显，而水泥环的受力却不断增大；水泥环弹性模量太大 时会增加水泥环的各 向应力。 关键词 地下储 气库 水泥环 套管柱 围岩 压实作用 0 引 言 地下储气库作为应急调峰气源 ，具有调节范围 广、运行成本低等优点 ，已成为重要 的天然气战略 储备设施。 目 前 ，全球共有 6 3 0座地下储气库 ，大 部分分布在北美地区。我国的地下储气库建设起步 较晚 ，建设步伐落后于天然气市场和天然气工业发 展 的速度⋯。近年来 ，随着 我国天然气 消费量 的 持续攀升和局部地区天然气季节性供需矛盾的不断 加剧 ，我国十分重视 以地下储气库为代表的调峰设 施建设 。目前 ，我国已在大庆油 田和大港油田建成 地下储气库 ，江苏 的金坛和刘庄 以及忠武线的配套 地下储气库也在建设之 中。预计在 “ 十二 五”期 间，中石油集团将建成 1 0座储气库 ，工作气量将 达到 2 ． 2 4×1 0 ”1 T I ，分布在气 源所在地和消 费中 心 以及大型骨干管网周边 ，包括长庆 、辽河和重庆 等地 。 ] 。 储气库正常生产中有注气和采气 2 个过程。在 反复的注采气过程 中，地下储气井套管柱 、井壁岩 石和储气地层都受到高压注气、交变工作压力、循 环温度载荷、不均匀地应力及腐蚀环境等多种 因素 作用。在这些 因素作用下 ，套管柱 的受力很复杂 ， 对套管柱的强度要求很高。因此 ，在储气库技术研 究中，对套管柱 的受力情况进行研究十分重要 。笔......