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套管水泥环完整性的评价方法探讨 目 录 一、引言 二、技术现状 三、研究内容 四、结论 五、下一步工作探讨 一、引言 水泥浆的凝结与硬化作用将套管和地层胶结在一起,形成了套管-水泥环-地层固结体,水泥环对套管及地层产生支撑与封隔作用。 在注水泥施工过程中,由于顶替效率低、地层流体窜流及 水泥浆体系的原因,均会出现水泥环的不完整 在油气井生产过程中,由于施工载荷、地应力等多种因素会对套管及水泥环产生影响,导致套管与水泥环出现相应的应力响应,过高的载荷作用会造成套管与水泥环胶结界面脱开、水泥环出现裂纹等结构破坏 二、技术现状 国内外研究内容 对套管、水泥环、地层组合体进行力学分析 根据不同施工工况及加载状态建立不同形式的组合体力学模型 水泥环变形能力对于水泥环本体抗载能力及其对于 套管保护等的作用 三、研究内容 研究内容主要分以下几个方面介绍: 套管与水泥环组合体力学实验装置的建立 套管与水泥环结构完整性影响因素研究 套管与水泥环组合体完整性方案优化 1 、套管与水泥环组合体力学实验装置的建立 套管水泥环结构完整性试验装置,该装置要完成项目中所提及的套管与水泥环结构完整性的研究试验,需要满足以下条件: 能够提供两种压力体系,即套管的内压和水泥环的外压。 能够提供养护水泥环的模拟环境 能够对实验结果进行有效检测 1 、套管与水泥环组合体力学实验装置的建立 装置一: 实验仪器参数 压力系统提供0-60MPa压力 温度系统控制范围常温-90℃ 电脑采集并能控制压力输入输出 1 、套管与水泥环组合体力学实验装置的建立 装置二: 三轴力学测试仪 水泥石单轴抗压强度 水泥石三轴抗压强度 水泥石蠕变性能 水泥石循环加载性能 水泥石抗油水渗流性能 2 、套管与水泥环结构完整性影响因素研究 (1)套管屈服强度的影响: 套管外径139.7mm,壁厚6.2mm 随着套管屈服强度的增加,套管抗内压,抗外挤强度都在增长。 2 、套管与水泥环结构完整性影响因素研究 (1)套管壁厚的影响: 套管型号P110,套管外径139.7mm 随着套管壁厚的增加,套管抗内压,抗外挤强度随之增长。 2 、套管与水泥环结构完整性影响因素研究 (1)套管外径的影响: 套管型号P110,套管壁厚6.2mm 随着套管外径的增加,套管抗内压,抗外挤强度随之降低。 2 、套管与水泥环结构完整性影响因素研究 (2)套管内压变化对水泥环的影响 套管选用J55套管; 壁厚7.72mm,外径139.7mm; 水泥为大连G级油井水泥; 水泥环常温常压养护48h; 水泥环厚度4cm,长度60cm; 2、套管与水泥环结构完整性影响因素研究 (2)套管内压变化对水泥环的影响 从图中可看出,当压力达到17.2MPa时: 而后内压上涨,说明套管承受内压要 比水泥环更强。 压力突然下降,说明水泥环已经开裂 2、套管与水泥环结构完整性影响因素研究 (2)套管内压变化对水泥环的影响 取出套管水泥环,观察水泥环状态 套管无明显变形 套管能够承受此压力 水泥环以抗拉形式破坏 2、套管与水泥环结构完整性影响因素研究 (3)套管与水泥环抗外挤强度实验 图为水泥环抗压强度与围压之间的关系 围压的升高,水泥环强度也随之升高 围压低的环境,水泥环更容易破碎 2、套管与水泥环结构完整性影响因素研究 (3)套管与水泥环抗外挤强度实验 下图为水泥环受恒定载荷作用 2、套管与水泥环结构完整性影响因素研究 (3)套管与水泥环抗外挤强度实验 从上图可看出 当水泥石受力为10 KN时,水泥石变形量5小时后不再增加,持续24小时无变化 当水泥石受力11 KN时,变形量在24 h内都在增长 在13 KN的力作用在水泥石上时,持续不到1.5 h,水泥石破碎 单轴水泥石长期强度=水泥石抗压强度*(2/3) 2、套管与水泥环结构完整性影响因素研究 (3)套管与水泥环抗外挤强度实验 下图为水泥环受循环载荷作用 2、套管与水泥环结构完整性影响因素研究 (3)套管与水泥环抗外挤强度实验 该循环载荷频率1次/分钟,持续时间20小时 载荷范围8-11KN,实验曲线与恒定载荷11KN相类似 水泥环受到循环载荷时,最高载荷影响较大 3、套管与水泥环组合体完整性方案优化 (1)套管完整性的优化方案 相同壁厚,外径J55N80C90T95P110 相同型号,随着壁厚的增大而增大,随着外径的减小而增大。 单从套管上考虑组合体完整性,在不影响作业, 经济允许的前提下,尽量选择标号高,壁厚厚的套管。 3、套管与水泥环组合体完整性方案优化 (2)套管水泥环完整性方案优化 通过理论计算与室
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