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摘要：水泥环在复杂压力及温度条件下发生疲劳损伤以及由此引起的环空带压,严重影响井筒安全。基于连续损伤力学理论,综合考虑水泥环压缩和拉伸两种状态的损伤塑性本构模型,构建了水泥环连续疲劳损伤力学模型,引入综合损伤因子对疲劳损伤程度进行定量评价;针对大庆油田应用二氧化碳的捕集、利用与封存（CCUS）的井筒结构及注采参数,利用全尺寸井筒完整性评价系统及八扇区水泥胶结测井仪,开展了套管内温度、压力交变的水泥胶结测井试验,以验证模型的准确性;研究了CO2循环注入工况下的水泥环疲劳损伤规律。研究结果表明,CO2循环注入时水泥环损伤初期线性增加后趋势变缓;在4次/年的注采频率下,套管内压力交变幅值小于30 MPa、套管内温度交变幅值小于70℃为大庆油田CCUS井安全生产20年的运行界限;受温度和压力的耦合作用,CO2注入时,井筒温度降低有助于减小套管内压力增大而造成的水泥环疲劳损伤。
文章目录
1 水泥环疲劳损伤力学模型
2 水泥环疲劳损伤数值模型
2.1 CO2循环注入工艺及井筒温度压力分布
2.2 三维数值模型
2.2.1 材料参数
2.2.2 几何模型
2.2.3 网格模型
2.2.4 边界条件及分析步
2.2.5 传热时间效应
2.3 试验验证
2.3.1 试验装置
2.3.2 试验步骤
2.3.3 试验结果及分析
(1) 套管内压力交变
(2) 套管内温度交变
3 模拟结果及分析
3.1 套管内压力交变对水泥环疲劳损伤的影响
3.2 套管内温度交变对水泥环疲劳损伤的影响
3.3 套管内温压耦合交变对水泥环疲劳损伤的影响
4 结 论
