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《中国石油大学(华东)》 2017年
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弱胶结地层套管环空密封完整性评价方法研究

于利国  
【摘要】:弱胶结岩体广泛存在于深水浅层,其特殊的成岩环境和沉积过程,形成其特殊的物理和力学性质,具有胶结性差、强度低、遇水泥化等特点。弱胶结地层对水泥环的支撑作用弱,胶结质量差,易使水泥环在热应力、液压应力或压实应力等的作用下产生裂缝和界面环隙,破坏水泥环完整性,严重影响水泥环的封隔性能。因此,为预测和分析弱胶结地层套管环空的应力状态和密封系统的完整性,实现弱胶结地层油气井生命过程中风险的识别和控制,保证弱胶结地层固井水泥环的长期封隔稳定性,亟须建立弱胶结地层套管环空密封完整性评价方法。本文围绕弱胶结地层套管环空密封完整性评价方法这一科学问题,首先根据弱胶结地层的物性特征,运用适用于弱胶结地层的“直~曲~直”三段式应变软化模型,将弱胶结围岩分为弹性区、塑性软化区和残余应力区,并建立“套管-水泥环-弱胶结地层”组合体力学分析模型,分别推导出套管、水泥环和弱胶结围岩各区域的应力应变规律。结合ABAQUS力学模拟软件,分别研究了不同套管内压力下界面初始应力、水泥环力学参数、地层力学参数对深水弱胶结地层水泥环应力分布规律的影响,以及水泥石硬化收缩过程对界面初始应力的影响。本文应用隧道开挖过程中的收敛约束理论,考虑了水泥浆在硬化过程中逐渐承受弱胶结地层围岩收敛应力的影响,设定水泥环和套管的初始位置以及一界面的初始应力,建立套管-水泥环收敛约束曲线,通过界面平衡点的位置来判断水泥环的剪切破坏、拉伸破坏和一界面微间隙的产生,建立弱胶结地层套管-水泥石界面密封完整性评价方法。本文应用隧道开挖过程中的收敛约束理论,以弱胶结地层和水泥环不发生塑性变形为标准,考虑地层特征、井眼和水泥环尺寸、水泥环力学参数等因素的影响,建立了保证弱胶结地层-水泥环交界面完整性的水泥环抗压强度与弱胶结地层特性参数的定量关系,并建立了弱胶结地层二界面密封完整性评价方法。研究成果为深水弱胶结地层固井封隔完整性的研究提供了理论支撑。
【学位授予单位】:中国石油大学(华东)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TE256

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