高温交变应力作用下固井水泥石力学性能演变规律OA北大核心

固井水泥环作为井筒的重要组成部分,起着支撑套管、封隔不同层位地层和阻挡地层腐蚀性流体侵蚀套管的作用,长期承受着井下高温高压环境及特定工况下的交变载荷,其物理力学性能对井筒的长效封隔起着决定性作用。为此,针对极端服役环境下固井水泥石在交变载荷作用下的力学损伤和变形,开展了高温高压养护后水泥石单轴和三轴循环加载疲劳损伤研究,探索了测试温压条件及循环载荷应力水平等因素对水泥石力学性能的影响规律,揭示了水泥石在不同温压条件和循环载荷作用下的力学性能及变形特征演化规律,明确了水泥石疲劳损伤的控制机制,建立了水泥石疲劳强度预测模型。研究结果表明:(1)测试环境显著影响水泥石的力学性能和变形特征,高温高压环境降低了水泥石抗压强度和弹性模量,使水泥石在循环载荷作用下产生了明显的应变滞后现象以及更大的塑性应变;(2)交变应力作用下,第一周期的加载由于压实作用大幅提升水泥石的弹性模量,而且这种效应在高温高压环境下更为明显;(3)常温常压测试环境下,持续低强度的交变应力可以通过压实效应进一步提升水泥石的弹性模量,而高强度的交变应力则会造成材料损伤降低水泥石弹性模量;(4)高温高压交变应力作用下,水泥石加载模量除高应力状态外均较为稳定,卸载模量则呈现出明显下降的趋势。结论认为,该认识揭示了水泥石在不同温压条件和循环载荷作用下的力学性能及变形特征演化规律,为水泥环环空封隔失效机理和控制机制的深化研究奠定了理论基础。