【摘 要】
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固井作业中,水泥环密封良好是保障井筒完整性的必要条件,为了判断水泥环失效需要对水泥石力学性能进行准确描述。水泥石作为多孔介质材料,其力学行为符合多孔介质材料的特征,实际工况下水泥石内部存在孔隙水压。本文引入多孔介质力学理论对井下工况条件下的油井水泥石开展力学性能研究。首先,确定了多孔弹性本构方程为描述水泥石力学性能的力学模型,并使用有效应力的摩尔-库伦破坏准则判断水泥石破坏行为。接着改造了实验设备
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固井作业中,水泥环密封良好是保障井筒完整性的必要条件,为了判断水泥环失效需要对水泥石力学性能进行准确描述。水泥石作为多孔介质材料,其力学行为符合多孔介质材料的特征,实际工况下水泥石内部存在孔隙水压。本文引入多孔介质力学理论对井下工况条件下的油井水泥石开展力学性能研究。首先,确定了多孔弹性本构方程为描述水泥石力学性能的力学模型,并使用有效应力的摩尔-库伦破坏准则判断水泥石破坏行为。接着改造了实验设备并设计了三套实验方案,采用围压循环加载、同步加载和普通三轴力学实验对水泥石进行力学测试,实验以不同龄期嘉华G级油井水泥作为研究对象,通过改变水泥石围压、排水条件以及孔隙水压获得水泥石破坏强度、杨氏模量和泊松比等力学参数。最后,利用实验数据建立水泥石本构方程和破坏准则。结果表明:排水条件下水泥石的破坏强度高于不排水条件下水泥石的破坏强度;随着孔隙水压的增大,水泥石的破坏强度逐渐降低;围压和孔隙水压压差相同时,水泥石破坏强度不变;实验测得的Biot系数与理论计算值误差仅为1.5%;排水条件下基于有效应力的水泥石摩尔-库伦破坏准则为线性;因此基于多孔介质弹性力学理论研究水泥石力学性能是切实可行的。
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