【摘要】：油氣井、儲氣庫注采井等生產(chǎn)過程中,井筒的完整性,尤其是水泥環(huán)的結構完整性對于保障生產(chǎn)安全占有至關重要的地位。論文在研究水泥環(huán)變形規(guī)律的基礎上,建立三軸壓縮條件下水泥環(huán)的理想彈塑性模型、線性硬化模型、非線性彈塑性變形模型三種力學本構方程,針對蠕變非均勻地應力條件,利用套管-水泥環(huán)-地層組合體力學模型,分析了不同變形規(guī)律的水泥環(huán)的在加載、卸載過程中對組合體力學完整性的影響;為合理評價組合體力學完整性、選擇水泥環(huán)力學參數(shù)、指導水泥漿體系的設計提供了基礎。研究結果表明,水泥環(huán)的理想彈塑性、線性硬化以及非線性彈塑性變形三種本構關系對水泥環(huán)界面應力有不同的影響。在相同參數(shù)條件下,在水泥環(huán)未屈服時,三種本構關系的水泥環(huán)的應力基本相同,而在水泥環(huán)屈服后,加載時非線性彈塑性變形本構關系的水泥環(huán)界面接觸應力、Mises應力、周向應力和剪切應力最高,容易發(fā)生壓縮、拉伸和剪切破壞;壓力卸載后,理彈塑性本構關系的水泥環(huán)界面各項應力最小,容易發(fā)生界面撕裂。因此在較深的井下,應該盡量不使用理想彈塑性模型或線性硬化模型來簡化計算三軸應力下的水泥環(huán)的變形規(guī)律對組合體完整性的影響;但在低地應力的井口位置,可以用理想彈塑性本構方程或線性硬化本構方程來簡化計算水泥環(huán)的變形規(guī)律來判斷水泥環(huán)膠結界面的完整情況。
[Abstract]:In the production process of oil and gas wells and gas storage wells, the integrity of wellbore, especially the structural integrity of cement ring, plays an important role in ensuring production safety. On the basis of studying the deformation law of cement ring, three kinds of constitutive equations of cement ring under triaxial compression are established, such as ideal elastoplastic model, linear hardening model and nonlinear elastoplastic deformation model. Based on the mechanical model of casing cement ring-stratum combination, the influence of different deformation laws on the mechanical integrity of the composite during loading and unloading is analyzed. It provides a basis for evaluating the mechanical integrity of the composite reasonably selecting the mechanical parameters of cement ring and guiding the design of cement slurry system. The results show that the three constitutive relationships of ideal elastoplasticity linear hardening and nonlinear elastoplastic deformation have different effects on the interfacial stress of cement ring. Under the same parameters, the stress of the cement ring with three constitutive relations is basically the same when the cement ring is not yielding, but the contact stress and Mises stress at the interface of the cement ring under the nonlinear elastoplastic deformation constitutive relationship after the loading of the cement ring yield. The circumferential stress and shear stress are the highest, which are prone to compression, tensile and shear failure. After unloading under pressure, the stress at the interface of the cement ring is the smallest, and the interface tear is easy to occur. Therefore, the ideal elastic-plastic model or linear hardening model should not be used as far as possible to simplify the calculation of the influence of deformation law of cement ring under triaxial stress on the integrity of the composite. However, at the wellhead of low ground stress, ideal elastoplastic constitutive equation or linear hardening constitutive equation can be used to simplify the calculation of deformation law of cement ring to judge the integrity of cement ring cementing interface.
【學位授予單位】：東北石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE256

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本文編號：2378117