[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

说明书

技术领域

本发明属于地面瓦斯抽采技术领域，具体涉及对地面瓦斯抽采的地面钻井套管受力变形破坏的安全性分析。

背景技术

地面钻井瓦斯抽采工程中，钻井套管受到岩层层间剪切和离层拉伸等作用发生结构变形。由于钻井套管一般为碳钢等弹脆性体材料，当套管剪应力或者拉应力达到并超越套管的许用剪切应力或拉伸应力时，套管将在应力超限部位发生应力破坏，从而导致套管漏水、漏气，严重时还会导致泥沙阻塞管道，造成钻井报废。

地面钻井套管变形破坏的危险程度、破坏的位置等的判断在钻井变形防护工程中有着十分重要的作用。而由于钻井套管变形破坏的影响因素多、破坏原因复杂，其评判往往采取工程经验判断，或者采取大幅度提高套管安全性的方法，这样不但浪费了工程材料，提高了工程成本，也使得钻井防护工程的合理性大大降低。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题，本发明公开了一种可有效综合多种影响因素，对地面钻井套管变形破坏安全性进行有效分析的方法。

本发明的目的是这样实现的：地面钻井套管变形破坏安全性分析方法，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为钻井套管外径和内径；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为待分析界面位置的钻井套管的最大离层拉伸位移；

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

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。

进一步，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。

进一步，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：