页岩气水平井压裂对井筒完整性的影响 被引量：69

1

作者 刘奎 王宴滨 +2 位作者 高德利 李星君 张勇 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期406-414,共9页

以弹塑性力学为基础,借助复变函数与应力场分解,对页岩气压裂过程中水平段套管-水泥环-地层系统的力学行为进行分析研究,通过接触面上位移连续条件得到了系统各接触表面的受力表达式;以Drucker-Prager岩土屈服条件为破坏准则,得到了水... 以弹塑性力学为基础,借助复变函数与应力场分解,对页岩气压裂过程中水平段套管-水泥环-地层系统的力学行为进行分析研究,通过接触面上位移连续条件得到了系统各接触表面的受力表达式;以Drucker-Prager岩土屈服条件为破坏准则,得到了水泥环达到屈服时的最大套管内压力,并讨论了套管及水泥环参数变化对系统受力行为的影响规律。计算结果表明:水泥环内表面比套管更容易达到屈服极限,水泥环厚度对水泥环内壁受力影响较小;增加套管壁厚,有利于保护井筒的完整性;套管内径和水泥环弹性模量对水泥环内壁受力影响较大,套管内径和水泥弹性模量越小,则水泥环越安全。研究结果对于页岩气压裂过程中井筒完整性设计控制具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 页岩气 水平井 压裂 套管水泥环 Drucker-Prager屈服条件 井筒完整性

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井内压力变化对水泥环密封完整性的影响及对策 被引量：56

2

作者 刘洋 严海兵 +2 位作者 余鑫 冯予淇 范伟华 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期95-98,共4页

川渝气区的部分井因井内压力大幅度改变,导致水泥环密封完整性失效而发生气窜,引起环空带压。为此,考虑水泥环初始应力状态及井内压力变化特点,建立了水泥环力学模型,论述了页岩气井管柱试压和大型体积压裂、川中高压气井固井后大幅度... 川渝气区的部分井因井内压力大幅度改变,导致水泥环密封完整性失效而发生气窜,引起环空带压。为此,考虑水泥环初始应力状态及井内压力变化特点,建立了水泥环力学模型,论述了页岩气井管柱试压和大型体积压裂、川中高压气井固井后大幅度降低钻井液密度、地下储气库井周期性注采作业等典型工况下水泥环密封完整性可能破坏的形式。研究结果表明:试压和压裂可能导致水泥环周向拉伸破坏,形成径向裂缝;井内压力大幅度降低,使套管壁处水泥环承受的径向拉应力超过抗拉强度,破坏界面胶结,形成微环隙;周期性交变载荷可能引起水泥环疲劳破坏。相应的针对性技术对策为:根据后期作业井内压力变化,选用力学性能匹配的弹性水泥浆或柔性自应力水泥浆;常规套管固井在碰压后立即进行管柱试压;固井后井内压力大幅度下降的井,应用径向预应力固井技术和封隔器防止气窜。 展开更多

关键词 水泥环 完整性 页岩气 高压气井 地下储气库 弹性水泥 柔性自应力水泥

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页岩气井井筒完整性若干研究进展 被引量：39

3

作者 高德利 刘奎 《石油与天然气地质》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期602-615,共14页

在页岩气开发工程中遭遇了井筒完整性问题,主要包括页岩气井水泥环密封失效引起的环空带压问题和页岩气井压裂过程中的套管变形问题。基于目前已有的相关研究成果,总结分析了页岩气井井筒完整性失效问题的相关研究进展情况。随着国内外... 在页岩气开发工程中遭遇了井筒完整性问题,主要包括页岩气井水泥环密封失效引起的环空带压问题和页岩气井压裂过程中的套管变形问题。基于目前已有的相关研究成果,总结分析了页岩气井井筒完整性失效问题的相关研究进展情况。随着国内外学者对页岩气井压裂过程中套管变形研究的逐渐深入,认为页岩气井套管变形的主要影响因素包括压裂过程中的温度应力、储层非对称压裂、固井质量差及断层或裂缝滑动等。其中,压裂过程中断层或裂缝滑动造成的页岩气井套管剪切变形机理已经受到越来越多的研究人员关注,并提出可以通过提高套管强度和固井质量、避开断层或裂缝滑动区域来有效降低套管变形的技术对策。页岩气井水泥环密封失效主要由套管内压变化和套管偏心引起的水泥环屈服破坏、界面裂缝引起的窜流等问题造成的,通过采用膨胀水泥、柔性水泥及环空预应力等技术措施可有效减小水泥环密封失效的风险。通过优化设计页岩气井的特殊水泥浆体系,对于有效提高页岩气井水泥环密封完整性具有重要意义。考虑到水泥浆固井密封能力的局限性,还可以附加考虑在井眼环空局部采用机械密封方法达到密封完整性要求。关于页岩气井井筒完整性的研究结果,对于通过体积压裂完井的其它非常规油气井工程相关设计控制也具有重要的参考意义。 展开更多

关键词 套管 水泥环 窜流 井筒完整性 水力压裂 页岩气井 非常规油气井

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大压差条件下水泥环密封完整性分析及展望 被引量：34

4

作者 沈吉云 石林 +2 位作者 李勇 刘硕琼 江乐 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期98-108,共11页

为解决目前页岩气井、深井油气勘探开发中广泛存在的环空带压问题,结合理论研究成果及实验室模拟结果,分析得出了目前在"深层、低渗透、非常规"油气资源勘探开发过程中,大压差条件是造成水泥环密封完整性失效主要原因的认识... 为解决目前页岩气井、深井油气勘探开发中广泛存在的环空带压问题,结合理论研究成果及实验室模拟结果,分析得出了目前在"深层、低渗透、非常规"油气资源勘探开发过程中,大压差条件是造成水泥环密封完整性失效主要原因的认识。通过对四川盆地页岩气井、安岳气田和塔里木盆地库车山前等区块高温高压深井在钻井、压裂、生产过程中大压差工况进行梳理和定量计算,运用计算结果解释了上述两个地区气井在大压差条件下水泥环密封完整性失效的原因:加载阶段水泥环周向出现的拉应力、加载—卸载工况使水泥环产生塑性变形、在卸载过程中界面产生拉应力等,造成水泥环拉伸破坏及界面微环隙,从而破坏密封完整性。归纳总结了井筒全生命周期各环节出现密封完整性失效的风险,初步提出了大压差条件下保障水泥环密封完整性的应对措施:①提升水泥石抗变形能力;②提高第一界面及第二界面胶结力;③提高界面接触力。 展开更多

关键词 大压差 水泥环 密封完整性 微环隙 页岩气 深层油气 四川盆地 塔里木盆地

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页岩气井水泥环完整性研究 被引量：29

5

作者 刘硕琼 李德旗 +3 位作者 袁进平 齐奉忠 沈吉云 郭满满 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期76-82,共7页

四川盆地内的几个国家级页岩气示范区气井环空带压、套管变形等问题较为突出。为此,通过分析页岩气钻完井过程井筒内压力变化的条件,建立了计算井筒压力变化全过程的应力—应变状态下的套管—水泥环—围岩体系弹塑性力学模型,应用该模... 四川盆地内的几个国家级页岩气示范区气井环空带压、套管变形等问题较为突出。为此,通过分析页岩气钻完井过程井筒内压力变化的条件,建立了计算井筒压力变化全过程的应力—应变状态下的套管—水泥环—围岩体系弹塑性力学模型,应用该模型分析了变内压下第一界面、第二界面微环隙的产生和发展,进而结合实际现场数据进行计算。结果表明:(1)加载过程不会产生微环隙,但加载内压的大小决定了水泥环塑性变形的程度;(2)卸载时内压的降低将导致界面受拉,从而产生微环隙,破坏水泥环的完整性;(3)可以通过优选水泥浆配方,提高水泥环力学性能,结合施工工艺措施优化来保障页岩气井水泥环完整性。13口井的现场试验应用结果表明,水平段固井质量平均优质率达92.67%,其中已投产的11口井均未出现环空带压,有效地改善了页岩气示范区的气井环空带压问题。该项研究成果可为同类区块固井水泥环完整性管理提供帮助。 展开更多

关键词 四川盆地 页岩气 环空带压 水力压裂 水泥环完整性 微环隙 塑性变形 界面胶结强度 杨氏模量

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页岩气井固井技术难点分析 被引量：21

6

作者 夏元博 曾建国 张雯斐 《天然气勘探与开发》 2016年第1期74-76,16,共3页

页岩气是我国一个新的天然气矿种,具有非常广阔的开采前景。页岩气藏属于低孔低渗气藏,其特殊的生产方式对固井质量要求非常高。但页岩气藏地质特征、钻完井方式及开发方式决定了页岩气井固井难度远远大于常规油气井。结合我国页岩气资... 页岩气是我国一个新的天然气矿种,具有非常广阔的开采前景。页岩气藏属于低孔低渗气藏,其特殊的生产方式对固井质量要求非常高。但页岩气藏地质特征、钻完井方式及开发方式决定了页岩气井固井难度远远大于常规油气井。结合我国页岩气资源特点,从顶替效率、水泥环完整性和水泥浆体选择三方面分析页岩气井固井技术难点,以期对页岩气固井技术开发提供帮助。分析表明:不规则井眼条件下的水平井固井、保证水泥环长期完整性和水泥浆性能与成本的平衡问题是我国页岩气井固井作业的主要难点。建议从"水平井复杂井况下提高顶替效率技术、水泥环长期完整性评价技术、页岩气固井水泥浆体系"三方面加强技术攻关,以提高我国页岩气井勘探开发效益。 展开更多

关键词 页岩气 固井 顶替 水泥环完整性 水泥浆

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套管与水泥环胶结界面水力密封完整性评价实验研究 被引量：18

7

作者 武治强 岳家平 +4 位作者 李强 曹砚锋 耿亚楠 刘书杰 周建良 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期129-134,共6页

受制于评价手段单一、水泥胶结缺陷及井况条件复杂等因素,传统固井质量评价技术无法有效评价套管与水泥环胶结界面水力密封完整性。将水力突破评价装置和水泥胶结评价测井技术相结合,开展了水力突破和水力流动路径评价室内实验研究,分... 受制于评价手段单一、水泥胶结缺陷及井况条件复杂等因素,传统固井质量评价技术无法有效评价套管与水泥环胶结界面水力密封完整性。将水力突破评价装置和水泥胶结评价测井技术相结合,开展了水力突破和水力流动路径评价室内实验研究,分析了水泥环胶结质量、有效封隔长度、套管尺寸等因素对水力密封完整性的影响,并对水力密封完整性评价研究进行了展望。研究结果表明,提高水泥胶结质量和增加水泥环有效封隔长度能够提高套管与水泥环胶结界面水力密封完整性,可为现场油井全周期完整性寿命设计提供借鉴。 展开更多

关键词 固井 套管 水泥环 胶结界面 水力密封完整性 实验评价

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基于水泥石实验数据的水泥环力学完整性分析 被引量：18

8

作者 卢亚锋 郑友志 +4 位作者 佘朝毅 唐庚 刘祥康 郭建华 李早元 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期77-81,共5页

气井环空带压是高温、高压、高酸性气井开发中面临的一个重要难题。为此,针对从固井到生产作业中影响固井水泥环力学完整性的问题,采用弹塑性力学理论,建立套管—水泥环—地层系统耦合力学模型,求解水泥环Tresca应力和径向位移。结合龙... 气井环空带压是高温、高压、高酸性气井开发中面临的一个重要难题。为此,针对从固井到生产作业中影响固井水泥环力学完整性的问题,采用弹塑性力学理论,建立套管—水泥环—地层系统耦合力学模型,求解水泥环Tresca应力和径向位移。结合龙岗气田X井尾管固井水泥石三轴应力实验获得的弹性模量、泊松比、抗压强度、屈服应变等岩石力学参数,进行了尾管固井段水泥环力学完整性评价:①固井初期,同一井深处,井筒内压力越大,水泥环受到Tresca应力和水泥环径向位移越大;相同内压下,随着井深的增大,水泥环受到的Tresca应力变化很小,但水泥环径向位移增加较为明显。②生产阶段,由于井筒内压力逐渐降低,水泥环受拉应力作用,水泥环移动方向与固井初期移动方向相反,随着压力的降低,在同一井深处,水泥环受到的Tresca应力和水泥环径向位移都变大;随着井深的增加,Tresca应力和径向位移逐渐增大。评价结论认为该井测试及生产期间不会引起尾管段水泥环力学完整性失效。 展开更多

关键词 水泥环 弹塑性力学 三轴应力试验 Tresca应力 径向位移 完整性

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聚能射孔对水泥环的冲击损伤试验及数值模拟 被引量：16

9

作者 韩耀图 李进 +3 位作者 张磊 揭志军 林家昱 薛世峰 《石油机械》 北大核心 2019年第8期1-7,共7页

对于聚能射孔,现有研究主要集中于射孔后套管的破损及强度变化,对聚能射孔动态冲击载荷下水泥环损伤研究涉及较少。鉴于此,以聚能射孔冲击对水泥环的损伤为研究对象,开展了带温压的实弹射孔打靶试验,研究分析了射孔弹类型及水泥环自身... 对于聚能射孔,现有研究主要集中于射孔后套管的破损及强度变化,对聚能射孔动态冲击载荷下水泥环损伤研究涉及较少。鉴于此,以聚能射孔冲击对水泥环的损伤为研究对象,开展了带温压的实弹射孔打靶试验,研究分析了射孔弹类型及水泥环自身性能对其损伤程度的影响。结合聚能射孔弹结构特性,采用有限元数值模拟软件建立射流形态仿真模型,可有效模拟射流的形成、发展和冲击动态过程,并计算动态冲击载荷。数值分析与试验结果对比表明,建立的套管-水泥环-地层数值模型和水泥环损伤数值模型可有效模拟射孔动态冲击载荷作用下的水泥环损伤情况。研究结果可为射孔参数优化和水泥浆体系优化设计提供指导,对提高射孔后水泥环的力学完整性,降低射孔冲击对水泥环的损伤,延长油气井寿命具有重要意义。 展开更多

关键词 聚能射孔 水泥环损伤 动态冲击 数值模拟 打靶试验 水泥环完整性 固井

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固井水泥环完整性模拟评价实验仪研究 被引量：17

10

作者 杨振杰 姜晓强 +2 位作者 吴志强 高亮 朱海涛 《钻井液与完井液》 CAS 北大核心 2013年第6期9-12,91,共4页

为较好地模拟固井水泥环损伤的井下实际工况,评价固井水泥环的力学性能和完整性,研制出了一种新型固井水泥环完整性模拟评价实验仪。将固井水泥样品放置在特制的钢管中,在规定条件下养护成型后,放入由压紧圆盘和旋紧压环等主要部件组成... 为较好地模拟固井水泥环损伤的井下实际工况,评价固井水泥环的力学性能和完整性,研制出了一种新型固井水泥环完整性模拟评价实验仪。将固井水泥样品放置在特制的钢管中,在规定条件下养护成型后,放入由压紧圆盘和旋紧压环等主要部件组成的模拟实验仪中,通过施加机械挤压力模拟固井水泥环受压破裂的实际工况,同时施加水力压力模拟地层流体压力,测试固井水泥浆固化体在复合压力作用下的抗窜强度,从而客观地分析样品的抗裂性能、胶结强度和弹韧性,获得比三轴应力仪和万能实验机更直观的实验数据。固井水泥环完整性模拟评价实验仪为固井水泥环力学性能和完整性评价实验提供了一个新的实验手段。 展开更多

关键词 固井水泥环 完整性 力学性能 评价实验仪 自修复

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页岩气水平井压裂过程中水泥环完整性分析 被引量：15

11

作者 席岩 李军 +2 位作者 柳贡慧 陶谦 连威 《石油科学通报》 2019年第1期57-68,共12页

页岩气井工程实践表明套管压裂易导致水泥环完整性破坏,进而引发环空带压。统计数据表明:中国涪陵页岩气田投产井166口,出现环空带压井占比达79.52%。进一步分析研究表明:一级套管头(生产套管和技术套管之间)压裂前后带压比例从14.85%... 页岩气井工程实践表明套管压裂易导致水泥环完整性破坏,进而引发环空带压。统计数据表明:中国涪陵页岩气田投产井166口,出现环空带压井占比达79.52%。进一步分析研究表明:一级套管头(生产套管和技术套管之间)压裂前后带压比例从14.85%提升至50.05%;二级套管头(技术套管和表层套管之间)压裂前后带压井比例从15.84%提升至53.01%,充分说明页岩气井压裂对环空带压影响较大。针对该问题,基于页岩气井压裂工程实际,在考虑压裂液摩擦生热和排量对换热系数影响的基础上,建立了压裂过程中井筒温度场模型和套管—水泥环—地层组合体有限元模型,采用解析法和数值法相结合的方式,计算了页岩气井压裂过程中瞬态温度—压力耦合作用下水泥环径向、切向应力变化规律,开展了井筒内压、压裂液排量、初始温度、弹性模量、泊松比对水泥环应力影响的敏感性分析,并基于Mohr-Coulomb准则对水泥环是否失效进行了分析。研究结果表明:(1)页岩气井压裂过程中,水泥环温度随时间发生剧烈变化,且内外壁之间存在显著温差,该温差随压裂作业的进行先增大、后减小。(2)页岩气井压裂过程中,水泥环径向、切向应力随时间不断变化,径向应力先减小、后增大,切向应力先降低、后升高,然后再降低。依照Mohr-Coulomb准则分析可知,压裂过程中水泥环易发生拉伸破坏,压裂初期为水泥环失效的"风险段"。(3)降低井筒内压,可以显著降低水泥环径向、切向应力;降低压裂液排量,水泥环径向、切向应力有所降低,但降低幅度不明显;提升压裂液初始温度,将会提高水泥环径向应力、降低水泥环切向应力;水泥石弹性模量降低至4 GPa时,水泥环径向、切向应力低于水泥石抗拉、抗压强度,在压裂过程中有利于保持水泥环的完整性;提高水泥石泊松比,对径向应力影响极小,可忽略不计,但可以 展开更多

关键词 页岩气 压裂 有限元 水泥环 完整性

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海上热采及高温井口抬升机理与对策 被引量：14

12

作者 徐刚 李进 +3 位作者 龚宁 张启龙 高斌 袁伟伟 《石油机械》 北大核心 2018年第9期41-47,共7页

海上热采及高温井口抬升危害极大,严重影响油井生产寿命且增大了井控风险。鉴于此,建立了井筒三维温度场分析模型、多载荷耦合工况下水泥环完整性分析模型以及多管柱复杂井口抬升理论计算模型,形成了一整套井口抬升机理分析方法。研究... 海上热采及高温井口抬升危害极大,严重影响油井生产寿命且增大了井控风险。鉴于此,建立了井筒三维温度场分析模型、多载荷耦合工况下水泥环完整性分析模型以及多管柱复杂井口抬升理论计算模型,形成了一整套井口抬升机理分析方法。研究结果表明:由注热或提升产量引起的高温产生热载荷,破坏固井一界面胶结形成自由套管,在热载荷作用下产生上顶力而导致井口抬升。在此基础上,给出了针对性的对策及建议。研究方法可有效分析海上热采及高温井口抬升机理,给出的对策及建议可帮助问题井复产,并为类似热采井开发生产提供指导。 展开更多

关键词 井口抬升 热应力 水泥环完整性 稠油热采 高温井 海上油田

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强交变热载荷下页岩气井水泥环完整性测试 被引量：12

13

作者 林元华 邓宽海 +3 位作者 易浩 曾德智 唐亮 韦奇 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期81-88,共8页

页岩气井大规模水力压裂过程中,因井筒内的温度、压力波动及持续变化、循环加卸载引发的水泥环完整性问题将威胁到井筒的完整性。为了弄清强交变热载荷下水泥环完整性失效机理、避免页岩气水平井大规模压裂过程中水泥环屏障失效,基于自... 页岩气井大规模水力压裂过程中,因井筒内的温度、压力波动及持续变化、循环加卸载引发的水泥环完整性问题将威胁到井筒的完整性。为了弄清强交变热载荷下水泥环完整性失效机理、避免页岩气水平井大规模压裂过程中水泥环屏障失效,基于自主研发的实验装置对全尺寸实物“生产套管—水泥环—技术套管”组合体在强交变热载荷作用下的密封完整性和力学完整性进行了测试及评价,获得了2种全尺寸水泥环(普通水泥环和高强度水泥环)在3种强交变热载荷作用下(出现间断CO2气泡的循环次数分别为4次和14次,出现连续气泡的循环次数分别为5次和15次,交变热载荷分别为30~120℃和30~150℃)的完整性实验结果。研究结果表明:①交变热载荷对水泥环完整性具有显著的负面影响,并且随着交变温度及温差的增大,表征水泥环密封完整性的热循环次数急剧减少;②表征水泥环与套管间的剪切力、轴向与径向结合强度等界面力学性能指标均随交变温度增加而下降;③水泥环微环隙主要是由套管与水泥环材料之间的不协调变形所致,而交变热载荷诱导的水泥石自身力学性能衰退及损伤在一定程度上加剧了水泥环密封完整性失效。结论认为,该研究成果可以为深部页岩气水平井大规模压裂施工设计提供参考。 展开更多

关键词 页岩气井 强交变热载荷 水泥环完整性 温差 生产套管-水泥环-技术套管 全尺寸实物测试 界面力学性能

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气井井筒温度场及温度应力场的理论解 被引量：13

14

作者 李勇 纪宏飞 +3 位作者 邢鹏举 苏义脑 刘硕琼 魏风奇 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期84-94,共11页

基于传热学及弹塑性力学相关理论,结合固井水泥环实际密封工况,建立了2套数学模型:任意井型气井井筒温度场模型、套管-水泥环-地层围岩组合体温度场及温度应力场模型,形成了解析求解算法及工程分析软件,研究了温度应力场的影响因素。研... 基于传热学及弹塑性力学相关理论,结合固井水泥环实际密封工况,建立了2套数学模型:任意井型气井井筒温度场模型、套管-水泥环-地层围岩组合体温度场及温度应力场模型,形成了解析求解算法及工程分析软件,研究了温度应力场的影响因素。研究结果表明:产量对井筒温度场影响较大;高压高产气井的浅层固井水泥环温升明显,应提前分析预测其温度场及温度应力场的变化以决定是否加砂提升抗温性能;韧性好、弹性模量低、高强度(尤其是抗拉强度)、纵向胶结强度高的固井水泥环,更能在温升幅度较大时保持良好密封性能;两层或多层水泥环封固,相较于单层水泥环封固的情形,安全系数更高。该理论解可以提前分析预测温度对固井水泥环有效密封的影响,针对性优化设计固井水泥浆体系。 展开更多

关键词 气井 温度场 温度应力场 多层 固井水泥环 完整性

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瞬态力-热耦合作用下水泥环完整性分析 被引量：12

15

作者 席岩 李军 +2 位作者 柳贡慧 查春青 严攀 《石油钻采工艺》 CAS CSCD 北大核心 2017年第4期417-423,共7页

页岩气井工程实践表明,套管压裂易导致水泥环完整性发生破坏出现环空带压。基于套管压裂工程实际,建立井筒温度场模型和套管-水泥环-地层组合体有限元模型,采用解析法和数值法结合方式,计算页岩气井压裂过程中瞬态力-热耦合对水泥环应... 页岩气井工程实践表明,套管压裂易导致水泥环完整性发生破坏出现环空带压。基于套管压裂工程实际,建立井筒温度场模型和套管-水泥环-地层组合体有限元模型,采用解析法和数值法结合方式,计算页岩气井压裂过程中瞬态力-热耦合对水泥环应力大小、分布影响规律。结果表明:压裂过程中水泥环内外壁温差先增大后减小,压裂初近内壁处存在陡峭温度梯度,易导致内壁应力显著提高;瞬态力-热耦合作用导致水泥环内壁应力大幅提升,加剧了水泥环完整性失效的风险,压裂初期为水泥环易发生损坏的"风险段";水泥环内壁最大应力随着时间变化,易产生"多裂纹"形态,加剧环空带压。研究结果可为页岩气井压裂过程中水泥环完整性设计控制提供参考。 展开更多

关键词 页岩气 压裂 环空带压 水泥环 瞬态力-热耦合 完整性

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基于损伤力学变内压条件下水泥环密封完整性模拟 被引量：11

16

作者 郭辛阳 宋雨媛 +3 位作者 步玉环 郭胜来 柳华杰 王成文 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期1425-1433,共9页

针对变内压条件下水泥环密封完整性失效问题,基于连续损伤力学理论,采用同时考虑水泥石损伤和屈服后应力—应变关系的塑性损伤本构模型来描述实际水泥石的全应力—应变力学性能,研究了水泥石力学性能对密封完整性的影响。研究结果表明,... 针对变内压条件下水泥环密封完整性失效问题,基于连续损伤力学理论,采用同时考虑水泥石损伤和屈服后应力—应变关系的塑性损伤本构模型来描述实际水泥石的全应力—应变力学性能,研究了水泥石力学性能对密封完整性的影响。研究结果表明,向常规水泥浆中加入弹韧性材料形成弹韧性水泥,降低了水泥环弹性模量,既可以预防微间隙形成和减小微间隙尺寸,又可以预防和减少水泥环拉伸破坏。但并非弹性模量越低,弹韧性水泥密封完整性越好,密封完整性还与水泥环拉压弹性变形性能有关,同等情况下水泥环最大拉压弹性应变越大,其密封完整性越不容易失效。建议根据水泥环的弹性模量和拉压全应力—应变关系来评价水泥环密封完整性。研究结果为水泥环密封完整性评价和水泥石力学性能优化提供了一定依据。 展开更多

关键词 变内压 水泥环 密封完整性 损伤 塑性 弹性模量

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固井水泥石增韧材料的研究进展 被引量：10

17

作者 俞嘉敏 李明 +2 位作者 靳建洲 于永金 刘萌 《硅酸盐通报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第9期3013-3019,共7页

固井水泥石这类脆性材料在井下复杂应力环境下易破坏,导致其封固能力下降。增韧材料可增韧降脆水泥石;水泥石完整性评价方法可用于指导增韧材料研发。本文全面介绍了晶须/纤维、纳米材料、胶乳和颗粒等固井水泥石增韧材料及内源增韧的... 固井水泥石这类脆性材料在井下复杂应力环境下易破坏,导致其封固能力下降。增韧材料可增韧降脆水泥石;水泥石完整性评价方法可用于指导增韧材料研发。本文全面介绍了晶须/纤维、纳米材料、胶乳和颗粒等固井水泥石增韧材料及内源增韧的国内外研究成果,分析了各类增韧材料的特点及发展趋势;本文阐述了增韧力学指标存在的问题,并综述了目前固井领域的水泥石完整性评价方法。通过全面总结固井水泥石增韧材料的研究进展,就增韧材料的发展方向提出建议。随着油气勘探向深部、低渗透、海洋和非常规领域的延伸,水泥石韧性要求越来越高,水泥石增韧材料及技术将会有更加广阔的应用前景。 展开更多

关键词 固井水泥石 晶须 纤维 纳米材料 内源增韧 水泥环完整性

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高温深井环境下水泥环完整性模拟评价及改进措施 被引量：10

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作者 李宁 杜建波 +3 位作者 艾正青 郭小阳 刘健 张凯 《钻井液与完井液》 CAS 北大核心 2017年第1期106-111,共6页

研究水泥环最重要的一环就是要建立评价水泥环完整性的实验装置和方法。通过应力等效方式将实际井筒水泥环承受的工况载荷等效到模拟井筒水泥环上,以通气验窜方式检验水泥环失效情况,利用CT扫描技术探测水泥环内部结构,揭示其失效机理,... 研究水泥环最重要的一环就是要建立评价水泥环完整性的实验装置和方法。通过应力等效方式将实际井筒水泥环承受的工况载荷等效到模拟井筒水泥环上,以通气验窜方式检验水泥环失效情况,利用CT扫描技术探测水泥环内部结构,揭示其失效机理,建立一套水泥环完整性的实验装置及评价方法。对西部某油田深井高温高应力环境下水泥环受载进行模拟实验,当地层压力一定时,套管内压力从12 MPa升至57 MPa后再下降过程中,未见气泡;保持套管内压不变,降低地层压力,当压力降低到一定值时,检测有气泡冒出,观察发现水泥环上、下端面及侧表面未见明显裂纹,但与水泥环胶结紧密的套管能自由脱出,揭示了水泥环失效机理为水泥石韧性不足导致套管水泥环胶结面失效,产生了微环隙。根据CT扫描分析可得,水泥环试样界面孔隙体积减少67.97%,同时水泥环界面出现的环隙体积约为3 061 mm3,占界面总体积的9.51%,水泥环界面体积减少2.21%,证实出现了微环隙。从材料改性角度入手提高水泥石韧性,最终优选出加量为0.2%碳纤维水泥浆配方。该方法可为油田水泥环的评价及水泥环材料改性研究提供有力的支撑手段。 展开更多

关键词 固井 水泥环 完整性 评价装置 材料改性

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水力压裂过程中水泥环裂缝扩展的数值模拟 被引量：9

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作者 闫炎 管志川 +2 位作者 阎卫军 许玉强 马维臻 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第32期13673-13680,共8页

射孔后水泥环孔周产生初始裂缝,压裂过程中裂缝的扩展为环空窜流的发生提供通道。针对此问题,根据水力压裂流固耦合理论计算水泥环径向裂缝在体积压裂过程中的扩展过程,分析了套管内压、水泥弹性模量、地层孔隙压力等参数对压裂过程中... 射孔后水泥环孔周产生初始裂缝,压裂过程中裂缝的扩展为环空窜流的发生提供通道。针对此问题,根据水力压裂流固耦合理论计算水泥环径向裂缝在体积压裂过程中的扩展过程,分析了套管内压、水泥弹性模量、地层孔隙压力等参数对压裂过程中水泥环裂缝沿井筒轴向扩展长度的影响规律。结果表明:压裂中水泥环的裂缝扩展过程主要发生在压裂初期,且缝口与缝尖处的压差随着压裂的进行逐渐缩小。较高的地层孔隙压力、较低的套管内压与高模量水泥有利于减小水泥环径向裂缝的扩展长度,保证水泥环在井下的有效封固。研究结果可为水平井体积压裂的射孔簇间距与封隔段长的选取提供参考。 展开更多

关键词 水力压裂 射孔 水泥环 裂缝扩展 密封完整性

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页岩气水平井固井水泥环状态对套管力学完整性的影响 被引量：8

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作者 张智 王嘉伟 +3 位作者 吴优 霍宏博 谢涛 李金蔓 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1158-1172,共15页

大位移页岩气井的井眼轨迹复杂,且压裂开发过程中经常出现由于水泥环缺陷引发的套变损伤问题。针对页岩气井压裂过程中高泵压大排量的特点,采用有限元分析方法,通过优化模型网格划分,建立了适用于页岩气井复杂井眼轨迹下套管力学完整性... 大位移页岩气井的井眼轨迹复杂,且压裂开发过程中经常出现由于水泥环缺陷引发的套变损伤问题。针对页岩气井压裂过程中高泵压大排量的特点,采用有限元分析方法,通过优化模型网格划分,建立了适用于页岩气井复杂井眼轨迹下套管力学完整性计算的套管-水泥环-地层组合体模型,讨论了水泥环缺失角度、缺失厚度、缺失长度及复合缺陷对造斜段及水平段局部屈曲部分套管力学完整性的影响。结果表明,套管的周向应力随水泥环弹性模量的增大而减小,受泊松比影响较小。水泥环角度缺失会使套管出现应力集中现象,当缺失角度超过90°,应力集中现象得到减缓。随着水泥环缺失厚度的增加,套管所受应力增大。无论是造斜段还是水平段,不同缺失角度下,水泥环厚度、套管尺寸及泵压对套管应力的影响类似,趋势均为随着缺失角度的增加,套管应力先增大后减小。水泥环缺失的临界部位会产生应力突变,该位置也是最容易发生套损的部位。同一缺失厚度下,套管应力最大值随着缺失角度的增加而先增加后减小;同一缺失角度下,套管应力最大值随着缺失厚度的增加而增加。随着缺失角度的增加,水泥环缺失部位对应套管沿管长方向的等效应力先增加后减小。水泥环越厚,套管等效应力越小。在相同厚度下,水泥环剩余厚度越薄,套管等效应力越大,全部缺失时应力水平最大。 展开更多

关键词 页岩气井 水泥环 造斜段 水平段 套管力学完整性 有限元

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