水泥环厚度及力学参数对其应力的影响VIP专享VIP免费

第32卷第4期2010年7月石油钻采工艺OILDRILLING&PRODUCT10NTECHNOLOGYV01．32No．4July2010文章编号：1000—7393(2010)04—0037—04水泥环厚度及力学参数对其应力的影响李勇刘硕琼王兆会(中国石油集团钻井工程技术研究院，北京100195)摘要：固井水泥环厚度是否合理关系到注水泥施工效率和固井质量，同时后期水泥环的力学性能也将会影响到层间的长期有效封隔，因此有必要研究水泥环厚度及力学参数对其应力的影响规律，分析水泥环的厚度敏感性，优化水泥环力学参数。借助弹性力学理论，对水泥环的应力状态进行了分析研究。研究结果表明，内壁处周向应力最大，是其危险应力；最大周向应力随水泥环厚度增大将减小，但其梯度在水泥环厚度小于25．4mm时较大，之后随水泥环厚度增大，最大周向应力梯度逐渐减小直至几乎不变。对于厚度一定的水泥环，其弹性模量越大，周向应力越大；泊松比越大，周向应力越小。该研究结果对水泥环厚度及水泥浆配方的优选有一定的指导意义。关键词：水泥环；厚度；弹性模量；泊松比；周向应力中图分类号：TE256文献标识码：AEffectofcementthicknessanditsmechanicalparametersoncementstressLIYong，LIUShuoqiong，WANGZhaohui(CNPCDrillingResearchInstitute，Beij'ing100195，China)Abstract：WhethercementthicknessisreasonableOrnotisrelatedtocementingeficiencyandcementingquality,simultane-ously，thelatecementmechanicalreliabilitywillinfluencelong—termzonaleffectiveisolation．Soitisnecessarytofindouttheinfluencelawofcementthicknessanditsmechanicalparameterstocementstress，analyzethethicknesssensitivityofcementandoptimizecementmechanicalparameters．Forthispurpose，ananalysisandstudyofcementstressstatehasbeencarriedoutbasedonelastictheory．Theresultsshowthatcircumferentialstressatinnnersurfaceismaximum，therefore，iscementSdangerousstress．Maximumcircumferentialstressdecreaseswiththeincreaseofcementthickness，butitsgradientislargerwhencementthicknessislessthan25．4mm，ascementthicknessincreases，themaximumcircumferentialstressgradientdecreasesgraduallyuntilhardlychanges．Forcementofacertainthick-ness，thegreatertheelasticmodulus，thegreaterthecircumferentialstress；thegreaterthepoissonratio，thesmallerthecircumferentialstress．Thisstudyresultcanbeusedtoguideoptimizationofcementthicknessandcementslurryformulations．Keywords：cement；thickness；elasticmodulus；poissonratio；circumferentialstress固井水泥环对套管抗挤性能的影响前人已进行了大量的研究¨4J，但对水泥环自身的应力状态分析没有进行过深入研究。水泥环是否满足强度要求关系到水泥环是否开裂、破损，关系到油气井的长期有效封隔。笔者综合考虑井下固井水泥环的实际状态，利用套管一水泥环一井壁围岩组合体的数学模型，借助弹性力学的方法，计算了水泥环内外壁的周向应力与径向应力，分析了水泥环厚度及弹性模量、泊松比对其危险应力的影响规律。1组合体数学模型Mathematicalmodelofcombinationbody井下水泥环的实际状态，是处于套管与外壁围岩之间，内壁承受套管的作用力，外壁则承受着围岩基金项目：国家科技重大专项项目21课题4(编号：2008ZX05021．004)的部分研究成果。作者简介：李勇，1984年生。2008年硕士研究生毕业于中国石油大学(华东)，现从事完井固井方面的研究工作。电话：010·52781784E-mail：liyongdri@cnpc．com．ca。38石油钻采工艺2010年7月(第32卷)第4期的压力。水泥浆凝固后，套管、水泥环及井壁围岩将固结为一个组合弹性体。为研究方便，做如下假设：(1)水泥环和井壁围岩均为各向同性体；(2)套管无缺陷，水泥环完整，厚度均匀；(3)组合体各层之间紧密连接，无滑动。考虑套管一水泥环一井壁围岩组合体的实际工况及其几何特征，可将组合体的实际三维问题简化为平面应变问题_5。J。数学模型如图1所示。套管水泥环l期岩图1套管一水泥环一井壁围岩组合体示意图Fig．1Combinat...