李明忠，管建平

(中国石化华北石油工程有限公司，河南 郑州 450042)

固井水泥环受内压时的弹塑性变形数值模拟

李明忠，管建平

(中国石化华北石油工程有限公司，河南 郑州 450042)

为确定固井水泥环在套管试压和压裂时的弹塑性变形规律，分析微环隙形成机理，基于弹塑性力学原理，根据厚壁圆筒理论，计算水泥环受内压时的弹性变形，并以理论计算结果验证ANSYS有限单元法研究水泥环受力与变形规律的可行性；采用有限单元法，构建物理模型，数值模拟研究水泥环受内压以及泊松比、弹性模量对弹塑性变形规律的影响。针对具体施工与增产措施，该方法可进行水泥环密封完整性的适应性评价，为固井水泥力学性能优化和调整提供参考与依据。

水泥环；有限单元法；弹性；塑性；泊松比；弹性模量

在油气井整个生命周期，多种因素将导致微裂缝和水泥环破碎，如套管内试压、水力压裂、温度和应力变化等，从而造成水泥环密封完整性失效。固井水泥环的长期封隔有效是决定油气井生产寿命的关键因素，若密封失效将引起地层流体沿微裂缝或水泥环破碎带渗透、窜流，导致环空带压，甚至井口冒油、气，影响油气井安全生产。水泥环与套管的变形能力存在较大差异，沿半径方向由内至外，水泥环受力与变形特征非常复杂。目前，针对井下工况油井水泥力学特征的研究较少；且以水泥环弹性力学分析为主，水泥环力学性能对现场的适应性研究不足[1-5]。……