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2025年01月机电工程技术Jan.2025

第54卷第02期MECHANICALELECTRICALENGINEERINGTECHNOLOGYVol.54No.02

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2025.02.019

曹银萍，杜恒，陈刚，等.热固耦合作用下水泥环缺失对套管强度的影响分析［J］.机电工程技术，2025，54（02）：93-99.

热固耦合作用下水泥环缺失对套管强度的影响分析

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曹银萍，杜恒，陈刚，窦益华，杨亚龙

（1.西安石油大学机械工程学院，西安710065；2.延长石油股份有限公司蟠龙采气厂，陕西延安716000）

摘要：固井过程中由于井下地形复杂，水泥浆往往难以完全顶替钻井液，致使套管和井眼环空之间形成不完整的固井水泥环，影

响套管的强度安全性。为此，在热固耦合的作用下分析水泥环缺失位置、径向缺失厚度、环向缺失角度的差异对套管强度的影响

至关重要。通过有限元方法建立套管-水泥环-地层组成的井筒模型，考虑生产过程中产生的热应力、热位移及地层的非均匀地应

力，模拟水泥环缺失段套管的Von-Mises等效应力分布情况。结果表明：相较于第二胶结面缺失和水泥环内部缺失，第一胶结

面缺失对套管的应力分布影响最大；当缺失角度为30°、第一胶结面缺少厚度比达到1/5时，N80管材套管的最大等效应力为

696.7MPa，已大于管材的最小屈服强度；当水泥环第二胶结面和水泥环内部发生缺失时，套管的等效应力增幅较为平缓，且无应

力突变；当水泥环环向缺失角度发生变化时，套管的应力会在75°达到峰值，随着角度继续增大，应力值会逐渐减小。所得结论可

为现场评价套管强度提供理论依据。

关键词：套管；强度安全性；热固耦合；水泥环缺失；有限元分析

中图分类号：TE256文献标志码：A文章编号：1009-9492（2025）02-0093-07

AnalysisoftheInfluenceofCementSheathLossonCasingStrengthunder

Thermal-solidCoupling

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CaoYinping，DuHeng，ChenGang，DouYihua，YangYalong

（1.MechanicalEngineeringCollege,Xi’anShiyouUniversity,Xi’an710065,China;

2.PanlongGasProductionPlantofYanchangPetroleumCo.,Ltd.,Yan’an,Shaanxi716000,China）

Abstract:Duringthecementingprocess,thecomplexdownholeterrainisoftenencountered,makingitdifficultforthecementslurryto

completelydisplacethedrillingfluid.Thisresultsinanincompletecementsheathbetweenthecasingandtheboreholeannulus,affectingthe

strengthandsafetyofthecasing.Therefore,theimpactofdifferencesinthelocation,radialthi