储气库注采井水泥环破坏机理初步研究

摘要：由于储气库具有强注强采、压力频繁波动等特点，井筒密封性容易在循环载荷下造成疲劳损伤破坏，严重威胁储气库的安全生产。针对井筒水泥环密封性的物理实验研究手段相对匮乏，特别是涉及循环载荷作用下水泥环及胶结界面封固性实验。为了探究影响水泥环双界面密封完整性的主控因素，提出相应的防控措施，储气库公司需要建立水泥环界面失效物理实验分析模型，进行水泥环力学参数及注采参数优化设计。

关键词：储气库；注采井；水泥环；破坏机理

1前言

由于储气库具有强注强采、压力频繁波动等特点，井筒密封性容易在循环载荷下造成疲劳损伤破坏，严重威胁储气库的安全生产。调研显示，全球储气库由于气藏密封失效、注采井密封失效造成的储气库事故约占75%，受限于国内储气库起步较晚，针对井筒水泥环密封性的物理实验研究手段相对匮乏，特别是涉及循环载荷作用下水泥环及胶结界面封固性实验。在储气库运行的过程中，由于循环温度和压力作用下，套管和水泥环会产生一定程度的变形，水泥环产生累积塑形应变，当水泥环塑性应变积累到一定程度，其承载能力会有明显下降，容易引起水泥环结构性破坏，造成水泥环密封性失效，准确掌握水泥石力学性质在频繁注采工况下的发展规律对现场注采参数合理范围的选取至关重要，储气库公司目前缺乏相应实验分析研究条件及方法。

水泥环界面胶结性能与地质因素（岩性、地应力等）和工程因素（水泥返高、套管偏心、水泥环自身缺陷、注采温压交变等）密切有关，其影响规律复杂。为了探究影响水泥环双界面密封完整性的主控因素，提出相应的防控措施，储气库公司需要建立水泥环界面失效物理实验分析模型，进行水泥环力学参数及注采参数优化设计。

2实验设备

3实验方案

（1）静载荷作用下水泥石强度及界面力学测试；

（2）循环载荷作用下水泥环（石）破坏特征研究；

（3）循环载荷作用下水泥环胶结界面失效实验研究；

（4）储气库固井水泥环力学参数及注采参数优化研究。

4 完成目标

（1）循环载荷作用下水泥石强度发展规律分析；

（2）循环载荷作用下水泥环界面微观损伤规律分析;

（3）形成水泥环力学参数优化方法；

（4）形成注采施工参数优化方法。