[发明专利]一种水平井套管交变压力作用下的套管力学分析计算方法

权利要求书

1.一种水平井套管交变压力作用下的套管力学分析计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

将受到交变压力的套管分为塑性区域和弹性区域，套管内交变压力f(p_i)大于套管产生塑性变形的最大应力时，则会在套管内壁处开始产生塑性变形，随着套管内压力的加大，弹塑性边界向套管外壁移动，用r_ρ1来表示套管弹塑性边界：当r₁≤r≤r_ρ1时，分析得出套管塑性区内的应力分量；当r≥r_ρ1时，给出弹性区域的应力情况和套管弹性区外径的径向位移的计算方法。

2.根据权利要求1所述的一种水平井套管交变压力作用下的套管力学分析计算方法，其特征在于，塑性区域和弹性区域的应力解由平衡方程与应力方程为依据推出，套管弹性区外径的径向位移需满足边界位置Tresca准则。

3.根据权利要求2所述的一种水平井套管交变压力作用下的套管力学分析计算方法，其特征在于，

套管塑性区域的受力分析为：

当r₁≤r≤r_ρ1时，套管处于塑性状态，平衡方程变为：

利用边界条件来解式(1)的微分方程得到：

式(2)即为套管塑性区应力分量。

4.根据权利要求2所述的一种水平井套管交变压力作用下的套管力学分析计算方法，其特征在于，

套管弹性区域的受力分析如下：

当r≥r_ρ1时，此时套管处在弹性区域中，应用弹性应力与应变的关系得：

式中：A和B为任意常数；

在当弹性区域的应力状态必须满足r＝r₂时的边界条件，式(2)在r＝r_ρ1处的连续条件为：

式中：上标(a)为塑性区内的应力分量，上标(b)为弹性区内的应力分量；

运用弹性区域的边界条件公式(4)中的两个常数以确定为如下形式：

弹性区域在交变压力f(p_i)的作用下在弹塑性的边界位置同样满足Tresca准则即将上式简化为：

式(6)给出了弹性区域的应力解，当r＝r₂的时候得到：

式中，q₂为套管塑性半径上的应力；σ₀为原始水平地应力；r_ρ1为套管产生塑性变形的半径；r_ρ2为水泥环产生塑性变形的半径；q₁为套管外壁与水泥环内径的层间压力。

5.根据权利要求2所述的一种水平井套管交变压力作用下的套管力学分析计算方法，其特征在于，

已知弹性区域的应力情况，求得套管弹性区外径的径向位移：

式中，为套管弹性区外径的径向位移；μ₁为套管泊松比；E₁为套管弹性模量；r₂为套管外半径。

6.根据权利要求2所述的一种水平井套管交变压力作用下的套管力学分析计算方法，其特征在于，计算方法中的计算过程中进行了以下假设：

1)套管为弹塑性各向同性材料；

2)原场地应力为水平均布应力；

3)套管、水泥环以及地层三者是紧密连接的，无滑动，满足应力与位移的连续条件；

4)井眼垂直且套管居中。