页岩油水平井压裂水泥环力学性能设计方法

基于三向主应力影响的水泥环弹塑性模型和界面裂缝的应力场模型,综合考虑水泥环拉伸破坏、塑性屈服、界面裂缝沿界面扩展以及界面裂缝曲折扩展等失效形式,建立了满足压裂井筒密封要求的水泥环力学性能设计方法,同时据此方法构建了水泥环弹性模量、泊松比量化设计图版,明确了井筒安全和风险区域,量化了水泥环屈服强度和抗拉强度指标。研究表明:降低水泥环弹性模量、提高水泥环屈服强度和泊松比可避免水泥环发生塑性变形;提高水泥环抗拉强度可防止其拉伸破坏;提高水泥环弹性模量和泊松比对缩短界面裂缝长度有利,但会增加界面裂缝曲折扩展进入水泥环的风险。模型验证与实例检验证实该模型计算结果较准确,更便于现场应用。