钻井液与完井液

摘要:
当前固井水泥环在线监测仍是难题，永置式光纤监测视为最有效的监测途径，但水泥环力学行为缺乏动态表征。针对此问题采用COMSOL有限元软件建立了交变载荷下的套管-水泥环-地层组合体热-力耦合模型，定量表征了典型缺陷与监测特征参数间的映射关系。结果表明，缺陷导致水泥环径向温度场出现梯度跳跃。剪切和界面微环隙缺陷在注、采气末期的整体温度比完整水泥环低0.5～3 K，储气末期则升高0.05～1 K，温差峰值集中缺陷边界处。拉伸缺陷在注、储气末期降温0～3.6 K，采气末期则升温0.8 K，且最大温差向外壁转移。力学响应方面，缺陷区域因承载能力丧失处于完全卸载状态，径向应力和应变同步降至0 MPa。非缺陷区域的力学场从线性分布演变为分段不规则梯度分布。其中，拉伸缺陷引起的非线性扰动最剧烈，其非缺陷区应力变幅达7.2 MPa，与完整水泥环的最大应力偏差达5 MPa。剪切缺陷在边界处诱发载荷重分布，注气末期应力比正常值高1.1 MPa，储、采气末期则低1.4 MPa。界面微环隙的力学响应最弱，应力变化仅为1 MPa。通过应力应变卸载状态、异常温度场与非均匀应力场耦合特性可定位水泥环缺陷，研究结果可为储气库固井水泥环健康在线监测与损伤识别提供量化基础模型支撑。当前固井水泥环在线监测仍是难题，永置式光纤监测视为最有效的监测途径，但水泥环力学行为缺乏动态表征。针对此问题采用COMSOL有限元软件建立了交变载荷下的套管-水泥环-地层组合体热-力耦合模型，定量表征了典型缺陷与监测特征参数间的映射关系。结果表明，缺陷导致水泥环径向温度场出现梯度跳跃。剪切和界面微环隙缺陷在注、采气末期的整体温度比完整水泥环低0.5～3 K，储气末期则升高0.05～1 K，温差峰值集中缺陷边界处。拉伸缺陷在注、储气末期降温0～3.6 K，采气末期则升温0.8 K，且最大温差向外壁转移。力学响应方面，缺陷区域因承载能力丧失处于完全卸载状态，径向应力和应变同步降至0 MPa。非缺陷区域的力学场从线性分布演变为分段不规则梯度分布。其中，拉伸缺陷引起的非线性扰动最剧烈，其非缺陷区应力变幅达7.2 MPa，与完整水泥环的最大应力偏差达5 MPa。剪切缺陷在边界处诱发载荷重分布，注气末期应力比正常值高1.1 MPa，储、采气末期则低1.4 MPa。界面微环隙的力学响应最弱，应力变化仅为1 MPa。通过应力应变卸载状态、异常温度场与非均匀应力场耦合特性可定位水泥环缺陷，研究结果可为储气库固井水泥环健康在线监测与损伤识别提供量化基础模型支撑。