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循环载荷对水泥环密封性影响试验与数值研究
被引量：
13
1
作者
席岩
王海涛
+2 位作者
李军
王江涛
吴宏明
《石油机械》
北大核心
2021年第2期88-93,共6页
为准确量化循环载荷对井筒水泥环密封性的影响,基于页岩气井多级压裂过程中套管内压多次升高和降低的实际情况,开展了高温三轴循环载荷作用下水泥石岩心应力-应变试验,建立了套管-水泥环-地层组合体数值模型,基于Mohr-Coulomb准则和损...
为准确量化循环载荷对井筒水泥环密封性的影响,基于页岩气井多级压裂过程中套管内压多次升高和降低的实际情况,开展了高温三轴循环载荷作用下水泥石岩心应力-应变试验,建立了套管-水泥环-地层组合体数值模型,基于Mohr-Coulomb准则和损伤理论,计算了多级压裂过程中循环载荷作用下水泥环内边界处等效塑性应变量。分析结果表明:循环载荷作用下水泥石累积塑性应变显著,初始塑性应变量最大,后续呈线性增加;多级压裂过程中,水泥环、套管胶结面处易出现累积塑性应变,初始塑性应变量最大,后续呈线性增加,与试验结果具有较好的对应性;降低水泥石弹性模量,增大泊松比、黏聚力和内摩擦角有利于降低累积塑性应变量,保护水泥环密封的完整性。研究结果可为页岩气井压裂过程中水泥环密封完整性设计和控制提供参考。
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关键词
页岩气井
循环载荷
胶结
失效
等效塑性应变
损伤理论
下载PDF
职称材料
基于Cohesive单元法的弃置井水泥塞-套管界面胶结失效数值模拟
被引量：
5
2
作者
蒋记伟
李军
+2 位作者
柳贡慧
连威
杨宏伟
《钻井液与完井液》
CAS
北大核心
2020年第3期351-357,共7页
水泥塞-套管界面胶结失效对弃置井井筒完整性提出了严峻挑战。考虑地下流体与水泥塞的流固耦合作用,基于cohesive单元方法,建立水泥塞-套管-水泥环-地层系统三维有限元模型,模拟垂直井水泥塞-套管界面裂缝剥离过程,研究地应力对界面裂...
水泥塞-套管界面胶结失效对弃置井井筒完整性提出了严峻挑战。考虑地下流体与水泥塞的流固耦合作用,基于cohesive单元方法,建立水泥塞-套管-水泥环-地层系统三维有限元模型,模拟垂直井水泥塞-套管界面裂缝剥离过程,研究地应力对界面裂缝损伤演化的影响,并分析水平地应力、水泥塞力学参数及界面性质对裂缝剥离高度的影响。结果显示:水平地应力均匀时剥离裂缝沿着整个界面圆周延伸且高度相等,水平地应力非均匀时剥离裂缝倾向于沿着界面某一圆周角扩展且在最大水平地应力方向具有较大的高度;水泥塞弹性模量从30 GPa减小到1 GPa,裂缝剥离高度降低9.3 m,临界法向强度从0.25 MPa增大到2.0 MPa,裂缝剥离高度降低6.5 m,表明较低的弹性模量及较大的临界法向强度有利于减小水泥塞-套管界面胶结失效的风险;水泥塞泊松比从0.35减小到0.10,裂缝剥离高度仅降低2.0 m,临界剪切强度从0.5 MPa增加到4.0 MPa,裂缝剥离高度仅降低3.3 m,表明泊松比和临界剪切强度对界面胶结失效影响较小。建立的模型能够为水泥浆配方优选和井筒弃置工艺优化提供指导。
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关键词
弃置井
水泥塞-套管界面
胶结
失效
裂缝剥离高度
cohesive单元方法
数值模拟
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职称材料
题名
循环载荷对水泥环密封性影响试验与数值研究
被引量：
13
1
作者
席岩
王海涛
李军
王江涛
吴宏明
机构
北京工业大学
北京中油瑞飞信息技术有限责任公司
中国石油大学(北京)克拉玛依校区
中国石油大学(北京)
中国石油大庆钻探工程公司钻井三公司
出处
《石油机械》
北大核心
2021年第2期88-93,共6页
基金
国家自然科学基金联合基金重点项目“页岩气水平井井筒完整性失效机理与控制方法”(U1762211)
北京市博士后工作经费资助项目“页岩气水平井套管剪切变形演变机理及控制方法研究”(Q6004014202003)。
文摘
为准确量化循环载荷对井筒水泥环密封性的影响,基于页岩气井多级压裂过程中套管内压多次升高和降低的实际情况,开展了高温三轴循环载荷作用下水泥石岩心应力-应变试验,建立了套管-水泥环-地层组合体数值模型,基于Mohr-Coulomb准则和损伤理论,计算了多级压裂过程中循环载荷作用下水泥环内边界处等效塑性应变量。分析结果表明:循环载荷作用下水泥石累积塑性应变显著,初始塑性应变量最大,后续呈线性增加;多级压裂过程中,水泥环、套管胶结面处易出现累积塑性应变,初始塑性应变量最大,后续呈线性增加,与试验结果具有较好的对应性;降低水泥石弹性模量,增大泊松比、黏聚力和内摩擦角有利于降低累积塑性应变量,保护水泥环密封的完整性。研究结果可为页岩气井压裂过程中水泥环密封完整性设计和控制提供参考。
关键词
页岩气井
循环载荷
胶结
失效
等效塑性应变
损伤理论
Keywords
shale gas well
cyclic loading
cementing failure
equivalent plastic strain
damage theory
分类号
TE925 [石油与天然气工程—石油机械设备]
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职称材料
题名
基于Cohesive单元法的弃置井水泥塞-套管界面胶结失效数值模拟
被引量：
5
2
作者
蒋记伟
李军
柳贡慧
连威
杨宏伟
机构
中国石油大学(北京)石油工程学院
中国石油大学(北京)克拉玛依校区石油学院
北京工业大学
出处
《钻井液与完井液》
CAS
北大核心
2020年第3期351-357,共7页
基金
国家自然科学基金联合基金重点项目“页岩气水平井井筒完整性失效机理与控制方法研究”(U1762211)
国家自然科学基金重点项目“深水油气钻采井筒压力控制基础研究”(51734010)。
文摘
水泥塞-套管界面胶结失效对弃置井井筒完整性提出了严峻挑战。考虑地下流体与水泥塞的流固耦合作用,基于cohesive单元方法,建立水泥塞-套管-水泥环-地层系统三维有限元模型,模拟垂直井水泥塞-套管界面裂缝剥离过程,研究地应力对界面裂缝损伤演化的影响,并分析水平地应力、水泥塞力学参数及界面性质对裂缝剥离高度的影响。结果显示:水平地应力均匀时剥离裂缝沿着整个界面圆周延伸且高度相等,水平地应力非均匀时剥离裂缝倾向于沿着界面某一圆周角扩展且在最大水平地应力方向具有较大的高度;水泥塞弹性模量从30 GPa减小到1 GPa,裂缝剥离高度降低9.3 m,临界法向强度从0.25 MPa增大到2.0 MPa,裂缝剥离高度降低6.5 m,表明较低的弹性模量及较大的临界法向强度有利于减小水泥塞-套管界面胶结失效的风险;水泥塞泊松比从0.35减小到0.10,裂缝剥离高度仅降低2.0 m,临界剪切强度从0.5 MPa增加到4.0 MPa,裂缝剥离高度仅降低3.3 m,表明泊松比和临界剪切强度对界面胶结失效影响较小。建立的模型能够为水泥浆配方优选和井筒弃置工艺优化提供指导。
关键词
弃置井
水泥塞-套管界面
胶结
失效
裂缝剥离高度
cohesive单元方法
数值模拟
Keywords
Abandoned well
Interface between cement plug and casing
Failure of bonding
Height of fracture stripping
Cohesive element method
Numerical simulation
分类号
TE254 [石油与天然气工程—油气井工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
循环载荷对水泥环密封性影响试验与数值研究
席岩
王海涛
李军
王江涛
吴宏明
《石油机械》
北大核心
2021
13
下载PDF
职称材料
2
基于Cohesive单元法的弃置井水泥塞-套管界面胶结失效数值模拟
蒋记伟
李军
柳贡慧
连威
杨宏伟
《钻井液与完井液》
CAS
北大核心
2020
5
下载PDF
职称材料
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