平面SH波作用下套管-水泥环的动力响应

摘要

套管完井结构（套管＋水泥环＋围岩）的长度远大于直径,将平面SH波作用下套管完井结构的动力响应问题简化为二维平面问题,假定套管、水泥环和围岩均为各向同性的均质弹性体,运用波函数展开法和复变函数的保角映射法,根据套管内边界自由、套管与水泥环完全联结和水泥环与围岩完全联结的边界条件,得到散射和折射SH波势函数展开式的待定复系数的理论解。以某气田102井的套管结构为实例,计算地震SH波产生的套管动应力,其最大值大于套管屈服应力,由此说明地震是导致该气田套管变形的直接原因。最后,通过引入动应力集中因子概念,分析围岩和水泥环对动应力集中的影响,结果表明：（1）降低水泥环的强度可以减小水泥环的动应力集中;（2）围岩越硬,水泥环的动应力集中越小;（3）围岩的动应力集中基本不受围岩软硬程度和水泥环强度的影响。