非均匀地应力条件下水泥环失效特征研究
[Abstract]:The change of pressure in the wellbore after cementing may lead to seal failure of cement sheath. The change process of pressure in the wellbore can be divided into two stages: pressure stage and pressure relief stage. In the compression stage, the plastic deformation of cement sheath occurs under the action of high casing pressure and in-situ stress. At the same time, when the stress distribution of cement ring reaches the shear strength and tensile strength, the cement sheath will fail. In the pressure relief phase, since the plastic deformation of the cement sheath has already taken place before, in this stage, due to the different deformation capacity of the casing, the cement sheath and the formation, microannular gaps may occur at the first or second interface of the cementing. As a result, inter-layer channeling and annulus pressure occur, resulting in a series of consequences, such as failure to safely produce oil fields and reducing oil production and so on. Based on the elastic mechanics theory, Mohr-Coulomb criterion and maximum tensile stress criterion, considering the casing and formation as elastomer and cement sheath as elastomer, this paper focuses on the sealing integrity of the first interface of cementing and cement sheath body. The regions where shear failure and tensile failure of cement sheath may occur in the process of compression are judged. Then through the analysis of the formation mechanism of the micro-ring gap, the micro-ring gap width in the pressure relief phase is modeled, and the theoretical calculation model of the micro-ring gap width is obtained. The theoretical model is verified by Jackson indoor test, ABAQUS software and field examples. Then, the relationship between the elastic modulus of cement sheath and Poisson's ratio to the failure area of cement sheath is analyzed by using the theoretical model. The results show that the area of shear failure region increases with the increase of elastic modulus and decreases with the increase of Poisson's ratio when the failure of cement sheath occurs in the compression stage (shear failure and tensile fracture). The results show that the shear failure area increases with the increase of elastic modulus and decreases with the increase of Poisson's ratio. The area of tensile failure region increases with the increase of elastic modulus and decreases with the increase of Poisson's ratio. The results of this paper can be used to calculate the scope of failure zone of cement sheath under actual working conditions and the width of micro-annular gap on caking surface of casing cement ring. It can also provide a theoretical basis for the design of cementing cement system.
【学位授予单位】:东北石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TE256
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,本文编号:2457887
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