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超高温热循环作用下水泥环完整性及界面力学性能衰退规律
被引量：
2
1
作者
陈毅
张彬奇
+1 位作者
刘鹏
周念涛
《钻井液与完井液》
CAS
北大核心
2024年第1期105-111,共7页
稠油热采井因周期性蒸汽吞吐,造成井筒内的温度波动及持续变化、循环加卸载引发的水泥环完整性问题将威胁到井筒的完整性,导致井口抬升等安全问题频发。为了弄清超高温热循环作用下水泥环完整性失效机理、界面胶结衰退规律,避免蒸汽吞...
稠油热采井因周期性蒸汽吞吐,造成井筒内的温度波动及持续变化、循环加卸载引发的水泥环完整性问题将威胁到井筒的完整性,导致井口抬升等安全问题频发。为了弄清超高温热循环作用下水泥环完整性失效机理、界面胶结衰退规律,避免蒸汽吞吐过程中套管-水泥环界面胶结失效,提出了超高温热循环环境下水泥环胶结强度评价方法,自主研发了集浇筑、养护、加热及测试一体化的水泥环胶结强度特色测试装置,并对“生产套管-水泥环-技术套管”组合体在超高温热循环作用下的界面完整性和力学完整性进行了测试及评价,获得了水泥环在3种不同温度(常温↗150℃↘常温,常温↗200℃↘常温,常温↗250℃↘常温)热循环作用下的完整性及界面力学性能实验结果。研究结果表明:高温热循环作用对水泥环力学及界面力学完整性具有显著的负面影响;随着温度和热循环次数的增大,水泥环界面力学性能显著降低。150℃热循环7次、200℃热循环5次以及250℃热循环1次后,套管与水泥环界面脱离;150℃热循环13次、200℃热循环9次以及250℃热循环7次后,水泥环界面剪切力、化学胶结力、摩擦力以及剪切胶结强度均降低为0,水泥环界面力学性能丧失。水泥环本体失效均以拉伸破坏为主,包括径向裂纹和周向裂纹;径向开裂,周向裂纹以及界面脱离使得水泥环完整性(本位完整性、密封完整性以及力学完整性)失效,水泥环产生连通的微裂缝、微环隙,造成水泥环变形、损伤、泄露,套管成为自由段,引发严重的环空带压、井口抬升等安全问题。
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关键词
热循
环
界面力学性能
胶结强度
生产套管-水泥环-技术套管组合体
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职称材料
强交变热载荷下页岩气井水泥环完整性测试
被引量：
14
2
作者
林元华
邓宽海
+3 位作者
易浩
曾德智
唐亮
韦奇
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第5期81-88,共8页
页岩气井大规模水力压裂过程中,因井筒内的温度、压力波动及持续变化、循环加卸载引发的水泥环完整性问题将威胁到井筒的完整性。为了弄清强交变热载荷下水泥环完整性失效机理、避免页岩气水平井大规模压裂过程中水泥环屏障失效,基于自...
页岩气井大规模水力压裂过程中,因井筒内的温度、压力波动及持续变化、循环加卸载引发的水泥环完整性问题将威胁到井筒的完整性。为了弄清强交变热载荷下水泥环完整性失效机理、避免页岩气水平井大规模压裂过程中水泥环屏障失效,基于自主研发的实验装置对全尺寸实物“生产套管—水泥环—技术套管”组合体在强交变热载荷作用下的密封完整性和力学完整性进行了测试及评价,获得了2种全尺寸水泥环(普通水泥环和高强度水泥环)在3种强交变热载荷作用下(出现间断CO2气泡的循环次数分别为4次和14次,出现连续气泡的循环次数分别为5次和15次,交变热载荷分别为30~120℃和30~150℃)的完整性实验结果。研究结果表明:①交变热载荷对水泥环完整性具有显著的负面影响,并且随着交变温度及温差的增大,表征水泥环密封完整性的热循环次数急剧减少;②表征水泥环与套管间的剪切力、轴向与径向结合强度等界面力学性能指标均随交变温度增加而下降;③水泥环微环隙主要是由套管与水泥环材料之间的不协调变形所致,而交变热载荷诱导的水泥石自身力学性能衰退及损伤在一定程度上加剧了水泥环密封完整性失效。结论认为,该研究成果可以为深部页岩气水平井大规模压裂施工设计提供参考。
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关键词
页岩气井
强交变热载荷
水泥
环
完整性
温差
生产
套管
-
水泥
环
-
技术
套管
全尺寸实物测试
界面力学性能
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职称材料
题名
超高温热循环作用下水泥环完整性及界面力学性能衰退规律
被引量：
2
1
作者
陈毅
张彬奇
刘鹏
周念涛
机构
中海石油(中国)有限公司天津分公司
出处
《钻井液与完井液》
CAS
北大核心
2024年第1期105-111,共7页
基金
十四五重大科技项目“渤海典型稠油油藏热采提高采收率及关键工艺技术研究”(KJGG2022-0602)。
文摘
稠油热采井因周期性蒸汽吞吐,造成井筒内的温度波动及持续变化、循环加卸载引发的水泥环完整性问题将威胁到井筒的完整性,导致井口抬升等安全问题频发。为了弄清超高温热循环作用下水泥环完整性失效机理、界面胶结衰退规律,避免蒸汽吞吐过程中套管-水泥环界面胶结失效,提出了超高温热循环环境下水泥环胶结强度评价方法,自主研发了集浇筑、养护、加热及测试一体化的水泥环胶结强度特色测试装置,并对“生产套管-水泥环-技术套管”组合体在超高温热循环作用下的界面完整性和力学完整性进行了测试及评价,获得了水泥环在3种不同温度(常温↗150℃↘常温,常温↗200℃↘常温,常温↗250℃↘常温)热循环作用下的完整性及界面力学性能实验结果。研究结果表明:高温热循环作用对水泥环力学及界面力学完整性具有显著的负面影响;随着温度和热循环次数的增大,水泥环界面力学性能显著降低。150℃热循环7次、200℃热循环5次以及250℃热循环1次后,套管与水泥环界面脱离;150℃热循环13次、200℃热循环9次以及250℃热循环7次后,水泥环界面剪切力、化学胶结力、摩擦力以及剪切胶结强度均降低为0,水泥环界面力学性能丧失。水泥环本体失效均以拉伸破坏为主,包括径向裂纹和周向裂纹;径向开裂,周向裂纹以及界面脱离使得水泥环完整性(本位完整性、密封完整性以及力学完整性)失效,水泥环产生连通的微裂缝、微环隙,造成水泥环变形、损伤、泄露,套管成为自由段,引发严重的环空带压、井口抬升等安全问题。
关键词
热循
环
界面力学性能
胶结强度
生产套管-水泥环-技术套管组合体
Keywords
Thermal cycling
Interface mechanical properties
Bond strength
Production casing
-
cement sheath
-
technical casing combination
分类号
TE256 [石油与天然气工程—油气井工程]
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职称材料
题名
强交变热载荷下页岩气井水泥环完整性测试
被引量：
14
2
作者
林元华
邓宽海
易浩
曾德智
唐亮
韦奇
机构
“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·西南石油大学
中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院
重庆欣雨压力容器制造有限责任公司
出处
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第5期81-88,共8页
基金
国家自然科学基金项目“交变温度、压力及其耦合作用下套管-水泥环-地层完整性研究”(批准号:51904261)
中国博士后科学基金(批准号:2019M653478)。
文摘
页岩气井大规模水力压裂过程中,因井筒内的温度、压力波动及持续变化、循环加卸载引发的水泥环完整性问题将威胁到井筒的完整性。为了弄清强交变热载荷下水泥环完整性失效机理、避免页岩气水平井大规模压裂过程中水泥环屏障失效,基于自主研发的实验装置对全尺寸实物“生产套管—水泥环—技术套管”组合体在强交变热载荷作用下的密封完整性和力学完整性进行了测试及评价,获得了2种全尺寸水泥环(普通水泥环和高强度水泥环)在3种强交变热载荷作用下(出现间断CO2气泡的循环次数分别为4次和14次,出现连续气泡的循环次数分别为5次和15次,交变热载荷分别为30~120℃和30~150℃)的完整性实验结果。研究结果表明:①交变热载荷对水泥环完整性具有显著的负面影响,并且随着交变温度及温差的增大,表征水泥环密封完整性的热循环次数急剧减少;②表征水泥环与套管间的剪切力、轴向与径向结合强度等界面力学性能指标均随交变温度增加而下降;③水泥环微环隙主要是由套管与水泥环材料之间的不协调变形所致,而交变热载荷诱导的水泥石自身力学性能衰退及损伤在一定程度上加剧了水泥环密封完整性失效。结论认为,该研究成果可以为深部页岩气水平井大规模压裂施工设计提供参考。
关键词
页岩气井
强交变热载荷
水泥
环
完整性
温差
生产
套管
-
水泥
环
-
技术
套管
全尺寸实物测试
界面力学性能
Keywords
Shale gas well
Strongly alternating thermal load
Cement sheath integrity
Temperature difference
Production casing
-
cement sheath
-
intermediate casing
Full
-
scale test
Interfacial mechanical property
分类号
TE377 [石油与天然气工程—油气田开发工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
超高温热循环作用下水泥环完整性及界面力学性能衰退规律
陈毅
张彬奇
刘鹏
周念涛
《钻井液与完井液》
CAS
北大核心
2024
2
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
强交变热载荷下页岩气井水泥环完整性测试
林元华
邓宽海
易浩
曾德智
唐亮
韦奇
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020
14
在线阅读
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职称材料
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