套管内载荷作用下水泥环力学性能分析

发布时间：2017-08-19 10:40

  本文关键词：套管内载荷作用下水泥环力学性能分析

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【摘要】：油气井及储气库井套管试压、压裂及反复注采气等生产作业时,固井水泥环及其胶结界面会受到应力作用而产生变形甚至发生破坏,影响水泥环的封固效果。水泥环及其胶结界面在作业加载、卸载过程中同时受到压缩应力、拉伸应力及剪切应力等复杂应力的作用。蠕变地层、弹性地层和刚性地层具有不同的应力变形特征,增加了套管-水泥环-地层组合体完整性分析难度。本文根据不同地层岩石的变形特征,建立了不同地层条件下套管-水泥环-地层组合体的力学模型;建立了水泥环结构完整性评价准则;分析了加载、卸载过程中蠕变地层、弹性地层和刚性地层的应力应变特点对水泥环界面应力的影响规律;为合理选择水泥环力学参数、指导水泥浆体系的设计提供了基础。研究结果表明,蠕变地层、弹性地层和刚性地层对水泥环界面应力的影响不同。在井口部位,在相同参数条件下,弹性地层和蠕变地层中水泥环应力是相同的,而刚性地层井口部位水泥环接触应力较大,易发生屈服和界面撕裂。在井下,蠕变地层中地应力较大时,水泥环承受的地应力越大越容易屈服,但卸载后界面不容易撕裂;地应力较小时,加载过程中水泥环易产生较高的周向拉伸应力。在弹性地层中水泥环屈服强度越高,在弹性变形过程中易于产生较高的周向拉应力而危及水泥环抗拉限度。刚性地层中的水泥环所受的接触应力较大,低屈服强度水泥环易发生屈服和界面撕裂。
【关键词】：地层条件 完整性 力学参数 屈服强度
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE256
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 创新点摘要6-9
• 第一章 绪论9-11
• 1.1 研究目的和意义9
• 1.2 国内外研究现状9-10
• 1.3 主要研究内容10-11
• 第二章 套管-水泥环-地层组合体力学分析11-28
• 2.1 套管-水泥环-地层组合体力学分析11-14
• 2.1.1 蠕变地层对组合体应力作用分析11-12
• 2.1.2 弹性地层对组合体应力作用分析12-13
• 2.1.3 刚性地层对组合体应力作用分析13-14
• 2.2 组合体平面力学有限元模型14-22
• 2.3 三轴应力条件下水泥环本构关系模型22-24
• 2.4 水泥环胶结界面接触有限元分析24
• 2.5 组合体结构完整性破坏准则24-28
• 2.5.1 建立水泥环本体承载能力破坏准则24-26
• 2.5.2 依据水泥环胶结界面承载能力建立的破坏准则26-28
• 第三章 不同地层条件下水泥环力学参数对固结体完整性的影响28-51
• 3.1 不同地层条件下地应力对水泥环各项应力的影响28-29
• 3.2 蠕变地层中水泥环参数对水泥环各项应力的影响29-35
• 3.2.1 弹性模量对水泥环各项应力的影响29-31
• 3.2.2 泊松比对水泥环各项应力的影响31-33
• 3.2.3 屈服强度对水泥环各项应力的影响33-35
• 3.3 弹性地层中水泥环力学参数对固结体完整性的影响35-40
• 3.3.1 弹性模量对水泥环各项应力的影响35-37
• 3.3.2 泊松比对水泥环各项应力的影响37-39
• 3.3.3 屈服强度对水泥环各项应力的影响39-40
• 3.4 刚性地层中水泥环力学参数对固结体完整性的影响40-45
• 3.4.1 弹性模量对水泥环各项应力的影响40-42
• 3.4.2 泊松比对水泥环各项应力的影响42-44
• 3.4.3 屈服强度对水泥环各项应力的影响44-45
• 3.5.地层性质对水泥环界面应力的影响45-51
• 第四章 水泥环力学参数选择51-66
• 4.1 井下水泥环力学参数选择51-57
• 4.1.1 水泥环弹性模量选择51-54
• 4.1.2 水泥环泊松比选择54-57
• 4.2 低地应力井口部位水泥环力学参数选择57-66
• 4.2.1 井口水泥环弹性模量参数选择57-59
• 4.2.2 井口水泥环泊松比参数选择59-61
• 4.2.3 井口水泥环屈服强度参数选择61-66
• 结论66-67
• 参考文献67-70
• 发表文章目录70-71
• 致谢71-72

【参考文献】

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1 李增亮;蔡俐娜;王木乐;赵新学;赵传伟;;地应力方向对椭圆套管强度的影响规律分析[J];石油机械;2013年11期

2 周兵;姚晓;华苏东;;套管试压对水泥环完整性的影响[J];钻井液与完井液;2009年01期

3 李军,陈勉,张辉,陈志勇;不同地应力条件下水泥环形状对套管应力的影响[J];天然气工业;2004年08期

4 陈志雄;固井后套管试压对声幅测井影响规律的分析研究[J];石油钻探技术;2003年03期

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本文编号：700268