[发明专利]地面钻井套管变形破坏安全性分析方法及分析系统

权利要求书

1.地面钻井套管变形破坏安全性分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)获取采场上覆各岩层最大沉降位移；

2)获得待分析界面位置钻井套管的最大剪切滑移位移和最大离层拉伸位移；

3)计算获得待分析界面位置钻井套管的最大剪切应力和最大拉伸应力；

4)通过下列算式计算待分析界面处钻井套管的剪切破坏安全系数和/或拉伸破坏安全系数：

剪切破坏安全系数：

式中：τ_lim为钻井套管能承载的极限剪应力；A为钻井套管发生的最大剪切滑移位移；E为钻井套管弹性模量；a为剪切区域宽度的2倍；r₁为钻井套管外径；t为钻井套管的壁厚；y为钻井套管剪切区域内最大剪应力点距离剪切区域边缘的距离。

拉伸破坏安全系数：

式中：σ_t-lim为钻井套管允许承载的极限拉伸应力；σ_t-in为钻井套管实际承载的拉伸应力；E为钻井套管弹性模量；ε(y)为因岩层剪切滑移而发生的钻井套管微观拉伸变形，

Δw为待分析界面位置钻井套管的最大离层拉伸位移；

a为剪切区域宽度的2倍。

5)当待分析界面处钻井套管的剪切破坏安全系数或拉伸破坏安全系数小于阈值时，判定钻井套管将发生剪切破坏或拉伸破坏。

2.如权利要求1所述的地面钻井套管变形破坏安全性分析方法，其特征在于：所述步骤1)中，岩层的最大沉降位移的通过地表沉陷P系数法求解获取。

3.如权利要求1所述的地面钻井套管变形破坏安全性分析方法，其特征在于：所述步骤2)中，通过下式计算待分析界面位置钻井套管的最大剪切滑移位移：

up=[u2(x)cos2θ+u2(z)]12;]]>

其中：

上列算式中：u_p为最大剪切滑移位移；

u(x)、u(z)分别为采场倾向和走向方向的最大剪切滑移位移；

h₁为界面之上岩层的厚度；

w_i为复合岩层所在平面最大沉降位移；

cosθ为采场上覆岩层(x，z)点处倾向方向复合岩梁发生层间滑移后相对初始位置的倾角余弦值，

w(x)′由求导获得；

y是剪切区域内套管沿自身轴向的长度；

r_Y为所求界面深度处的采动影响半径，取界面之上岩层上表面的埋深为基准埋深，

H为回采煤层埋藏深度；

Y为所求水平面距地表的深度；

r为地表的采动影响半经；

n为经验指数；

通过下式计算最大离层拉伸位移：

Δw(x)=(Wmaxn-Wmaxn+1)∫0∞1rYe-π(x-rY-s)2rY2ds;]]>

式中，r_Y为界面位置处的采动影响半径；

s为岩层沉降的拐点偏移距；

和为步骤1)中，由P系数法计算的相邻两组合关键层的沉降位移。