申请/专利权人：西南石油大学

申请日：2022-07-06

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN115163042B

主分类号：E21B47/005

分类号：E21B47/005

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.30#授权;2022.10.28#实质审查的生效;2022.10.11#公开

摘要：一种极端服役工况下水泥环完整性失效启动机理的预测方法，其特征在于，采用全尺寸“套管‑水泥环‑地层”组合体实物模拟极端服役工况下水泥环力学性能抗压强度、抗拉强度、界面径向胶结强度、界面轴向胶结强度随载荷谱循环次数的变化，利用微电位技术、无线传感技术实时监测极端服役工况下水泥环内部及界面的径向压应力σrci、环向压应力σcci、径向拉应力σrti、环向拉应力σcti和轴向拉应力σzti，定量判断水泥环完整性失效是否启动及失效机理，实现极端服役工况下水泥环完整性的科学预测，提前诊断水泥环完整性可能出现的失效症状，为智能决策及控制水泥环力学及界面完整性失效提供重要支撑。本发明适合于石油与天然气钻采工程技术领域。

主权项：1.一种极端服役工况下水泥环完整性失效启动机理的预测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：获取现场施工及生产参数和井筒水泥环服役工况；步骤二：采用全尺寸“套管-水泥环-地层”组合体实验装置，参照标准GBT19139-2012按照井下实际工况养护形成水泥环，其目的是模拟固井时水泥环面临的服役工况；步骤三：利用温度和压力控制系统模拟温度-压力载荷谱行为对水泥环的作用，其目的是模拟压裂、注水气、稠油热采极端作业过程中井下水泥环面临的极端服役工况；极端服役工况定义为：一种剧烈交变温度-压力交替加-卸载产生的载荷谱；步骤四：不同温度-压力载荷谱次数作用后，利用活塞抽吸法测试温度-压力载荷谱作用后水泥环界面径向胶结强度σrbi＝fσrb，Ti，Pi，若只有温度变化则为σrbi＝fσrb，Ti，若只有压力变化则为σrbi＝fσrb，Pi，i代表载荷谱循环次数，σrb初始界面径向胶结强度；步骤五：利用准静态压出法测试温度-压力载荷谱作用后水泥环轴向胶结强度σzsi＝fσzs，Ti，Pi，若只有温度变化则为σzsi＝fσzs，Ti，若只有压力变化则为σzsi＝fσzs，Pi，σzs代表初始界面轴向胶结强度；步骤六：待每次测试完水泥环径向胶结强度后，使用取芯机对水泥环进行圆形和方形取芯处理，得到圆形和方形两种水泥石试样，圆形水泥石试样直径与高度为1：2，方形水泥石试样宽度与高度为1：5；步骤七：使用三轴压缩试验机测试温度-压力载荷谱作用后圆形水泥石试样抗压强度σci＝fσc，Ti，Pi，若只有温度变化则为σci＝fσc，Ti，若只有压力变化则为σci＝fσc，Pi，σc代表初始抗压强度；步骤八：采用声发射技术和四点弯曲法测试表征温度-压力载荷谱作用后方形水泥石试样抗拉强度σti＝fσt，Ti，Pi，若只有温度变化则为σti＝fσt，Ti，若只有压力变化则为σti＝fσt，Pi，σt代表初始抗拉强度；步骤九：采用全尺寸“套管-水泥环-地层”组合体实验装置按照井下实际工况养护形成水泥环，其目的是模拟压裂、注水气、稠油热采某一种待测作业过程中井下水泥环的极端服役工况；步骤十：利用温度和压力控制系统模拟待测作业过程产生的温度-压力载荷谱行为对水泥环的作用，结合最新微电位技术、无线传感技术，量化测试并表征温度-压力载荷谱作用下“套管-水泥环-地层”组合体中水泥环内部及界面的径向压应力σrci、环向压应力σcci、径向拉应力σrti、环向拉应力σcti和轴向拉应力σzti；步骤十一：结合实际服役工况下的温度T和压力P，实时定量判断水泥环完整性失效是否启动及失效机理，包括单一、复合两种失效模式、8种失效机理；步骤十二：水泥环完整性的单一失效启动及失效机理定量判断：I.如果某一时间点循环左右次数下水泥环径向压应力σrci水泥环抗压强度σci或水泥环环向压应力σcci水泥环抗压强度σci，此时启动水泥环的屈服失效；II.如果某一时间点循环左右次数下水泥环环向拉应力σcti水泥环抗拉强度σti，此时启动水泥环的环向断裂失效；III.如果某一时间点循环左右次数下水泥环径向拉应力σrti水泥环径向胶结强度σrbi，此时启动水泥环界面的径向剥离失效，形成微环隙；IV.如果某一时间点循环左右次数下水泥环轴向拉应力σzti水泥环轴向胶结强度σzsi，此时启动水泥环界面的轴向剪切失效；步骤十三：水泥环完整性的复合失效启动及失效机理定量判断：I.如果某一时间点循环左右次数下水泥环径向压应力σrci水泥环抗压强度σci或水泥环环向压应力σcci水泥环抗压强度σci，且水泥环环向拉应力σcti水泥环抗拉强度σti，此时同时启动水泥环的屈服失效和环向断裂失效；II.如果某一时间点循环左右次数下水泥环径向压应力σrci水泥环抗压强度σci或水泥环环向压应力σcci水泥环抗压强度σci，且水泥环轴向拉应力σzti水泥环轴向胶结强度σzsi，此时同时启动水泥环的屈服失效和轴向剪切失效；III.如果某一时间点循环左右次数下水泥环环向拉应力σcti水泥环抗拉强度σti，且水泥环轴向拉应力σzti水泥环轴向胶结强度σzsi，此时同时启动水泥环的环向断裂失效和轴向剪切失效；IV.如果某一时间点循环左右次数下水泥环径向压应力σrci水泥环抗压强度σci或水泥环环向压应力σcci水泥环抗压强度σci，水泥环环向拉应力σcti水泥环抗拉强度σti，且水泥环轴向拉应力σzti水泥环轴向胶结强度σzsi，此时同时启动水泥环的屈服失效、环向断裂失效和轴向剪切失效。

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百度查询： 西南石油大学 一种极端服役工况下水泥环完整性失效启动机理的预测方法

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