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Failure mechanism and influencing factors of cement sheath integrity under alternating pressure 被引量:2
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作者 Kuan-Hai Deng Nian-Tao Zhou +4 位作者 Yuan-Hua Lin Yan-Xian Wu Jie Chen Chang Shu Peng-Fei Xie 《Petroleum Science》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期2413-2427,共15页
The failure of cement sheath integrity can be easily caused by alternating pressure during large-scale multistage hydraulic fracturing in shale-gas well.An elastic-plastic mechanical model of casing-cement sheath-form... The failure of cement sheath integrity can be easily caused by alternating pressure during large-scale multistage hydraulic fracturing in shale-gas well.An elastic-plastic mechanical model of casing-cement sheath-formation(CSF)system under alternating pressure is established based on the Mohr-Coulomb criterion and thick-walled cylinder theory,and it has been solved by MATLAB programming combining global optimization algorithm with Global Search.The failure mechanism of cement sheath integrity is investigated,by which it can be seen that the formation of interface debonding is mainly related to the plastic strain accumulation,and there is a risk of interface debonding under alternating pressure,once the cement sheath enters plasticity whether in shallow or deep well sections.The matching relationship between the mechanical parameters(elastic modulus and Poisson's ratio)of cement sheath and its integrity failure under alternating pressure in whole well sections is studied,by which it has been found there is a“critical range”in the Poisson's ratio of cement sheath.When the Poisson's ratio is below the“critical range”,there is a positive correlation between the yield internal pressure of cement sheath(SYP)and its elastic modulus.However,when the Poisson's ratio is above the“critical range”,there is a negative correlation.The elastic modulus of cement sheath is closely related to its Poisson's ratio,and restricts each other.Scientific and reasonable matching between mechanical parameters of cement sheath and CSF system under different working conditions can not only reduce the cost,but also protect the cement sheath integrity. 展开更多
关键词 casing-cement sheath-formation system Mechanical model Matching relationship cement sheath integrity Critical range Mechanical parameters
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考虑胶结面孔隙影响的套管-水泥环胶结面应力场分析
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作者 秦翊玮 赵新波 吕健 《青岛理工大学学报》 CAS 2024年第2期11-19,57,共10页
考虑到套管-水泥环胶结面的力学性质和胶结面孔隙结构形状的影响,基于弹性力学理论,建立了套管-胶结面-水泥环-地层组合体力学模型,同时借助有限元分析方法,建立了套管-水泥环胶结面孔隙数量与孔隙结构形状对应力场的影响系数,得到考虑... 考虑到套管-水泥环胶结面的力学性质和胶结面孔隙结构形状的影响,基于弹性力学理论,建立了套管-胶结面-水泥环-地层组合体力学模型,同时借助有限元分析方法,建立了套管-水泥环胶结面孔隙数量与孔隙结构形状对应力场的影响系数,得到考虑胶结面孔隙影响的套管-水泥环胶结面应力场的表达式。研究结果表明:当孔隙存在时Mises等效应力增大12.50%,径向应力增大9.30%,环向应力增大8.65%。套管-水泥环胶结面孔隙数量与孔隙结构形状会加剧应力场的非均匀性。孔隙数量对应力场影响更大,影响系数最大为1.1524。研究结果对于井筒系统安全性评价具有一定的工程价值。 展开更多
关键词 套管-水泥环胶结面 力学模型 孔隙率 影响系数 应力场
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工作液密度降低对水泥环界面胶结的影响 被引量:19
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作者 杨燕 杨远光 +3 位作者 卢家亭 马艳 吴艳 冀月英 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期333-337,共5页
固井后工作液密度的降低会造成水泥环与套管和地层脱离胶结,从而形成微环隙,导致水泥环的层间封隔失效。根据厚壁圆筒理论,建立了更符合水泥环受力状况的套管—水泥环—地层力学模型,给出了工作液密度降低对水泥环与套管及地层间所受到... 固井后工作液密度的降低会造成水泥环与套管和地层脱离胶结,从而形成微环隙,导致水泥环的层间封隔失效。根据厚壁圆筒理论,建立了更符合水泥环受力状况的套管—水泥环—地层力学模型,给出了工作液密度降低对水泥环与套管及地层间所受到的应力位移计算式。模拟计算结果表明,在相同井深处,工作液密度降低值越大,水泥环受到的应力值越大,界面处越容易产生微环隙。对于相同密度降低值,水泥环受到的应力值和产生微环隙的可能性随井深的减小而减小。结合模拟计算值和试验,测试不同水泥浆体系的水泥石与模拟套管的胶结强度值,选择和设计不同的水泥浆体系或降低合理的工作液密度值以防止微环隙产生的新途径。 展开更多
关键词 固井 工作液密度 力学模型 水泥环 套管 界面胶结强度 应力计算式
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基于三维模型的开窗侧钻水泥环胶结强度分析 被引量:2
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作者 欧阳勇 申昭熙 +2 位作者 白明娜 段志锋 丁宇奇 《石油机械》 北大核心 2022年第5期16-23,31,共9页
在老井开窗侧钻过程中,钻头会破坏原有套管和水泥环结构,同时开窗位置附近的第一、第二胶结面胶结强度也会变化,胶结强度的下降将直接影响开窗侧钻的安全进行。为了保证开窗侧钻的安全进行,以开窗侧钻老井为研究对象,采用有限元方法建... 在老井开窗侧钻过程中,钻头会破坏原有套管和水泥环结构,同时开窗位置附近的第一、第二胶结面胶结强度也会变化,胶结强度的下降将直接影响开窗侧钻的安全进行。为了保证开窗侧钻的安全进行,以开窗侧钻老井为研究对象,采用有限元方法建立了套管-水泥环-地层三维模型,分析了开窗侧钻过程中水泥环胶结强度变化情况。计算结果显示:开窗侧钻后第一胶结面的失效区域为开窗侧钻点上方1.60 m到下方4.00 m,其中开窗侧钻点上方0.20 m到1.65 m下方之间的胶结面环向完全失效;水泥环的失效区域为开窗侧钻点上方1.80 m到下方3.95 m,第二胶结面的失效区域为开窗侧钻点上方1.90 m到下方4.10 m。通过对轴向和环向胶结强度的分析可以得到开窗侧钻过程中胶结面的胶结强度变化规律,从而使新套管悬挂位置更加经济和安全。 展开更多
关键词 开窗侧钻 胶结面 胶结强度 水泥环失效 悬挂位置
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水泥环缺失对水平井套管强度安全性影响分析 被引量:13
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作者 窦益华 韦堃 +2 位作者 罗敬兵 王刚庆 李明飞 《石油机械》 北大核心 2019年第9期17-22,共6页
在水平井固井过程中,常常发生水泥环缺失,影响套管的强度安全性。为此,综合考虑水泥环缺失位置、缺失厚度与环向缺失角度,利用有限元分析方法,建立了水平井套管-水泥环-地层力学分析模型,考虑套管内压与非均匀地应力的作用,模拟水平井... 在水平井固井过程中,常常发生水泥环缺失,影响套管的强度安全性。为此,综合考虑水泥环缺失位置、缺失厚度与环向缺失角度,利用有限元分析方法,建立了水平井套管-水泥环-地层力学分析模型,考虑套管内压与非均匀地应力的作用,模拟水平井中水泥环缺失段套管的应力分布情况,着重分析了第一胶结面和第二胶结面水泥环缺失厚度对套管强度安全性的影响。分析结果表明:水泥环第一胶结面缺失对套管的应力分布影响较大,缺失比存在一个临界值,若缺失厚度大于该临界值,套管的应力将发生突变;水泥环第二胶结面缺失时,套管应力随缺失厚度增大而逐渐增大,没有应力突变;套管应力极值点位置随着水泥环环向缺失角度的变化而变化,环向缺失角度为60°时,套管的应力极值最大。所得结论可为水平井固井过程中套管的强度判断提供依据。 展开更多
关键词 套管 强度安全性 水泥环缺失 胶结面 水平井 有限元分析
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扇区水泥胶结测井仪及信号处理方法 被引量:6
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作者 金志宏 《石油仪器》 2010年第5期15-17,99-100,共3页
扇区水泥胶结测井仪器具备常规水泥胶结测井仪器(声波变密度测井仪)的功能,而且能够识别出水泥环径向的局部缺失、微间隙等的固井质量问题,能够提供套管周围全方位的水泥胶结状况,更好地满足固井质量评价。文章阐述了扇区水泥胶结测井... 扇区水泥胶结测井仪器具备常规水泥胶结测井仪器(声波变密度测井仪)的功能,而且能够识别出水泥环径向的局部缺失、微间隙等的固井质量问题,能够提供套管周围全方位的水泥胶结状况,更好地满足固井质量评价。文章阐述了扇区水泥胶结测井的基本原理,重点分析了扇区信号的测井方法和相关的信号处理方法。 展开更多
关键词 水泥胶结测井仪 固井质量评价 扇区变密度 水泥环 地面软件设计 扇区信号处理
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水泥环和混凝土对储气井的加强与固定作用 被引量:4
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作者 段志祥 石坤 《油气储运》 CAS 2013年第3期287-290,294,共5页
通过建立储气井受力模型,对水泥环与井筒界面之间的界面压力进行计算,得到了储气井固井水泥环与井筒之间的摩擦力和储气井固井临界长度:理想固井状态下,对于φ177.8和φ244.48储气井,固井长度超过0.7m,则井筒不会脱离水泥环从地面窜出... 通过建立储气井受力模型,对水泥环与井筒界面之间的界面压力进行计算,得到了储气井固井水泥环与井筒之间的摩擦力和储气井固井临界长度:理想固井状态下,对于φ177.8和φ244.48储气井,固井长度超过0.7m,则井筒不会脱离水泥环从地面窜出。在水泥环与地层不脱离的情况下,当地层土为粉细砂时,φ177.8和φ244.48储气井地面以下连续固井长度分别需要达到43m和60m。针对储气井上部腐蚀减薄和固井不合格的情况,分析了加固混凝土对储气井井筒的加强作用:若储气井井口段采取有效加固处理和充分的防腐措施,即使储气井壁厚的减薄量超过腐蚀裕量,正常工作压力下储气井井筒的实际应力也低于许用应力。 展开更多
关键词 储气井 水泥环 固井 加固 应力分析 界面压力
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