【Selected】套管水泥环完整性的评价方法探讨.ppt

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：
（3）套管与水泥环抗外挤强度实验
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
从 上
当水泥石受力11 KN时，变形量在24 h内都在增长
图
可
在13 KN的力作用在水泥石上时，持续不到1.5 h，水
看 出
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
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：
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
70 60 50 40 30 20 10
0 J55
N80
源自文库
C90
T95
P110
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
90 80 70 60 50 40 30 20 10
0
114.3 127 139.7 177.8 193.7 244.5 273.1 339.7
抗外挤 抗内压
随着套管外径的增加，套管抗内压，抗外挤强度随之降低。
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
完整性的作用，针对水泥石提出以下优化方案。 提高水泥石的抗拉强度；
降低水泥石的弹性模量； 增大水泥石的可形变能力。
四、结论
通过室内对套管外水泥环的破坏试验,说明井下作业会破 坏套管外水泥环,特别是在管外水泥环无围压时,套管内施 加很小的压力（17.2MPa）,即会导致水泥环产生裂纹
围压的存在将影响套管水泥环的完整性， 水泥环周围有压力要比没有压力的完整性要好很多
在完井与增产的压裂与酸化设计中,应考虑作业压力对套 管外水泥环的破坏作用,以保持套管外水泥环的完整性
五、下一步工作探讨
不同水泥浆体系对完整性的影响研究 套管震动对水泥环完整性的影响研究 套管内压力波动对水泥环完整性的影响 地层流体侵蚀对套管水泥环完整性的影响等
请领导专家批评指正
120 100
80 60 40 20
0 0 10 20 30 40 50
图为水泥环抗压强度与围 压之间的关系
水泥石强度 /Mpa
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
（1）套管完整性的优化方案
相同壁厚，外径 J55<N80<C90<T95<P110 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 通过理论计算与室内实验相结合，考虑水泥环对组合体
压力突然下降，说明水泥环已经开裂
而后内压上涨，说明套管承受内压要 比水泥环更强。
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
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
（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
抗外挤 抗内压
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
120
100
80
60
40
20
0 6.2
6.98
7.72
9.17
10.54
抗外挤 抗内压
随着套管壁厚的增加，套管抗内压，抗外挤强度随之增长。
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