深层地热井考虑水泥环损伤的套管预热应力设计

摘要：深层地热资源相较于传统地热资源具有更大的开发潜力，但由于深层地热井井底温度更高，在开发开采中高温流体使套管受热膨胀，易引起套管屈服变形损坏。而目前对于深层地热井套管安全问题在理论研究和技术实践上均面临着诸多挑战。为此，根据厚壁圆筒理论和热弹性力学基本理论，利用对套管预先施加热应力降低套管的轴向热应力，考虑高温水泥石损伤后地层水泥环套管的接触问题，并以套管有效应力控制在相应温度下的最小屈服极限内为原则，根据套管柱强度设计安全系数，评价套管安全性能，建立深层地热井套管预热应力设计方法，缓解高温对套管热损伤的问题。结果表明，水泥浆的密度对损伤因子影响不大，水泥环的弹性模量对损伤因子起主导作用。在预热情况下，注水条件下（注水温度为65℃）在预热250℃以下能够满足设计条件，在地热生产条件下（地热温度为346℃），需要超过200℃才能够满足安全设计要求。

关键词：深层地热井；水泥环损伤；套管；预热应力；安全评价