套（钢）管-水泥石环界面胶结性能失效机制与试验研究

发布时间：2020-07-26 15:50

【摘要】：界面胶结一直以来都是一个非常热门的研究课题,针对界面胶结失效机制,许多学者做了大量的界面失效研究,同时界面胶结失效也是工程中最难以控制的问题。本文以固井工程中密封完整性作为背景,以套管-水泥石环界面胶结为试验对象开展相关的胶结失效理论分析、试验探究以及相应的数值模拟。主要从这三方面进行研究,一是从径向界面胶结失效理论研究和纵向界面胶结失效理论研究;二是从界面胶结不在其他因素影响下纯胶结强度大小,径(法)向界面胶结失效和在没有法向力作用下纵向界面胶结失效模式进行试验研究;三是对套管-水泥石环纵向胶结面失效进行数值模拟。主要研究的内容如下:(1)对界面胶结失效从径(法)向和纵向进行理论分析研究,运用厚壁圆筒理论分析了套管-水泥石径向界面胶结失效原理,通过相关界面剪切失效理论研究建立起套(钢)管-水泥石环纵向胶结面失效力学模型。(2)对界面胶结失效分二个层次开展三个试验进行探究界面胶结失效,由于在室内试验无法直接研究套管-水泥石环界面径向胶结失效,故利用直接拉伸试验和四点弯曲梁弯折试验进行对径(法)向胶结失效进行研究,研究表明四点弯曲梁弯折试验要优于直接拉伸试验,四点弯曲梁弯折试验试件在荷载中间处属于纯弯段,界面断裂强度值即为界面胶结失效强度值,另外试验表明弯折梁试验界面胶结强度值偏大更接近实际值。(3)通过套(钢)管-水泥石环界面纵向胶结失效试验研究,试验过程呈现出比较典型的三种界面胶结失效模式。第一种界面胶结失效模式是当还没有达到界面胶结失效强度时,水泥石环先发生了破坏;第二种是界面胶结失效完成后,水泥石环完好,套筒与水泥石环发生相对滑动,有一定大小的摩擦力,验证了通过其他两相界面胶结失效力学模型而建立的套(钢)管-水泥石环界面纵向胶结失效力学模型;第三种是界面胶结力特别大,达到胶结峰值荷载后,界面胶结失效与水泥石环同时破坏。针对所述的三种破坏模式,结果表明强度值大小:第三种界面胶结失效强度第二种界面胶结失效第一种界面胶结失效。同时说明进行套(钢)管-水泥石环界面纵向胶结失效试验研究,要保证试验成功率,对试验试件要求高。(4)为了进一步验证试验的完整准确性,更好的将试验结合,同时开展对套(钢)管-水泥石环纵向界面胶结失效数值模拟,在没有定义径(法)向力时,对比建立起的力学模型以及开展的试验研究,结果表明,其吻合度高,验证了力学模型的正确性和试验实施的完美结合。
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE28
【图文】：

界面模型,两相

图2一1两相界面模型

套（钢）管-水泥石环界面胶结性能失效机制与试验研究

袭

力学计算模型,厚壁圆筒

厚壁圆筒力学计算模型

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