水泥石气密封性实验研究

杜金龙 ，金衍 *，李坤朝 ，王世永

1中国石油大学(北京)石油工程学院，北京102249

2油气资源与探测国家重点实验室，北京102249

0 引言

对固井水泥环性能的研究始于20世纪60年代，当时主要研究水泥与套管及地层之间胶结面的性质，在此过程中产生了界面胶结力[1]、界面剪切力[2]等概念。水泥环力学密封失效特性受到重点关注是在20世纪90年代，真正从力学密封角度对水泥环开展研究的是Goodwin[3]等人。他们基于水泥环密封特性受温度和压力影响这一特性，以套管内水泥环的应力状态为变量，监测水泥环与套管结构体的渗透性变化，分析水泥环结构体的密封性能。他们的研究使行业内意识到固井水泥的完整性和固井水泥与套管、地层组成的结构体的密封性对于井筒安全的重要性，水泥环力学密封性的研究开始进入到人们的视线并逐步发展起来。Krusche[4]利用与Goodwin等人类似的实验装置和方法，也得到了同样的压力对水泥环力学影响规律。Bosma[5]等人提出了一种有限元分析模型来模拟水泥环的行为，相对于理论分析，有限元分析中允许使用更有效的岩石和水泥的本构关系，但其中并没有考虑水泥的渗透特性。

对于变载荷作用下材料的力学特性研究，主要集中在金属材料、混凝土材料和岩石材料，并形成了一些较为成熟的理论和实验方法。但对于固井水泥，相关的研究成果较少，可以借鉴混凝土和岩石材料的理论和方法来研究水泥石疲劳载荷下的力学特性。……