三轴地应力作用下固井二界面的稳定性

论文摘要

目前地层—水泥环—套管组合体稳定性研究主要基于平面,没有考虑组合体三维状态下受三轴地应力作用时组合体固井二界面的稳定;同时测试胶结强度普遍采用压剪切方法,测试数据重复性差。通过建立三维地层—水泥环—套管线弹性组合体模型,研究固井第一界面(水泥环—套管)、第二界面(地层—水泥环)的分离(没有胶结)和不分离(胶结良好)情况下的间距和接触压力,以及分离情况下摩擦力(即压剪切强度)变化及垂直主应力对称、非对称变化对组合体稳定的影响。研究结果可以看出,在接触面光滑、不存在窜流通道的情况下,组合体固井二界面分离后界面存在间距,当窜流压力大于接触压力,固井二界面就发生窜流,且固井第二界面比第一界面更容易窜流。固井二界面的摩擦力对组合体稳定性没有影响;垂直主应力较小时固井二界面的间距较小,但对固井二界面的接触压力没有影响,采用压剪切方法测试胶结强度评价固井二界面稳定性没有意义。因此,固井二界面的防窜主要通过三轴应力施加的接触压力实现;固井二界面的胶结强度相对三轴地应力较低,不起主要防窜作用。

论文目录

1 地层—水泥环—套管组合体三维模型

1.1 几何模型

1.2 相关参数

1.3 数值模型

（1）线弹性材料稳态变形方程

①应力:

②应变:

（2）对称结构面稳态方程

（3）边界荷载方程

（4）静态库仑摩擦方程

1.4 离散模型

1.5 数值模拟结果

2 地层—水泥环—套管组合体的稳定性

2.1 固井二界面分离和不分离对稳定性的影响

（1）固井二界面间距

（2）固井二界面接触压力

2.2 固井二界面分离时摩擦力对组合体稳定性的作用

2.2.1 固井第一和第二界面摩擦力分别变化对组合体稳定性的影响

（1）间距

（2）接触压力

2.2.2 固井二界面摩擦力共同变化对组合体稳定性的影响

（1）间距

（2）接触压力

2.3 垂直主应力变化对组合体稳定性的影响

2.3.1 垂直主应力对称变化

2.3.2 垂直主应力不对称变化

3 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 杨浩

关键词: 固井第一界面,固井第二界面,三维,地层,水泥环,套管,摩擦力,地应力

来源: 石油学报 2019年S2期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 石油天然气工业

单位: 中国地质大学(北京)工程技术学院

基金: 国家自然科学基金面上项目“高温,高压,低弹性模量复合固井材料研究”(No.51474192)资助

分类号: TE256

页码: 152-159

总页数: 8

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三轴地应力作用下固井二界面的稳定性

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