钻井液与完井液

作者：陈毅,张彬奇,刘鹏,周念涛

单位：中海石油(中国)有限公司天津分公司, 天津300459；

关键词：热循环, 界面力学性能, 胶结强度, 生产套管-水泥环-技术套管组合体

基金：十四五重大科技项目“渤海典型稠油油藏热采提高采收率及关键工艺技术研究”(KJGG2022-0602)。

稠油热采井因周期性蒸汽吞吐，造成井筒内的温度波动及持续变化、循环加卸载引发的水泥环完整性问题将威胁到井筒的完整性，导致井口抬升等安全问题频发。为了弄清超高温热循环作用下水泥环完整性失效机理、界面胶结衰退规律，避免蒸汽吞吐过程中套管-水泥环界面胶结失效，提出了超高温热循环环境下水泥环胶结强度评价方法，自主研发了集浇筑、养护、加热及测试一体化的水泥环胶结强度特色测试装置，并对“生产套管-水泥环-技术套管”组合体在超高温热循环作用下的界面完整性和力学完整性进行了测试及评价，获得了水泥环在3种不同温度（常温↗150 ℃↘常温，常温↗200 ℃↘常温，常温↗250 ℃↘常温）热循环作用下的完整性及界面力学性能实验结果。研究结果表明：高温热循环作用对水泥环力学及界面力学完整性具有显著的负面影响；随着温度和热循环次数的增大，水泥环界面力学性能显著降低。150 ℃热循环7次、200 ℃热循环5次以及250 ℃热循环1次后，套管与水泥环界面脱离；150 ℃热循环13次、200 ℃热循环9次以及250 ℃热循环7次后，水泥环界面剪切力、化学胶结力、摩擦力以及剪切胶结强度均降低为0，水泥环界面力学性能丧失。水泥环本体失效均以拉伸破坏为主，包括径向裂纹和周向裂纹；径向开裂，周向裂纹以及界面脱离使得水泥环完整性（本位完整性、密封完整性以及力学完整性）失效，水泥环产生连通的微裂缝、微环隙，造成水泥环变形、损伤、泄露，套管成为自由段，引发严重的环空带压、井口抬升等安全问题。

来源：2024年第1期

《钻井液与完井液》期刊编辑部

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