刘俊彦，王晓鹏，刘海龙，宋茂林，林家昱，赵军

1.中海油田服务股份有限公司湛江分公司（广东 湛江524057）

2.中海石油（中国）有限公司天津分公司（天津300459）

3.中海油田服务股份有限公司（河北 燕郊065201）

水泥环失效，指水泥环失去其力学完整性和水力密封性。长期的生产实践表明[1-3]，在经历后期套管试压、射孔、压裂等作业以及油气开发后，可能会出现由于水泥环水力密封失效引发的井口窜流、环空带压等问题，热采或高温井下受力更为复杂，水泥环完整性失效问题也许更为严重。究其原因，主要是井内温压剧烈变化引起套管-水泥环-地层系统的变形、应力状态发生改变，导致水泥环发生了破坏而丧失水力密封性。国外学者K.Krusche、M.Thiercelin等人[4-6]用解析模型或者实验方法分析了井下压力或温度升高水泥环的破坏规律，Gray、W.Wang等人[7-8]采用有限元方法分析了井壁稳定性与载荷效应对水泥环完整性的影响。国内学者房军、陈朝伟等人[9-10]先后利用弹性力学知识推导出了非均匀地应力条件下组合体受力公式，并对套管和水泥环受非均匀载荷影响下的强度特性进行了规律性的分析。但是，针对定向井水泥石在不同温压变化条件下的力学完整性研究较少。因此，深入研究固井及后续各项作业过程中定向井水泥环可能发生的失效形式及其力学机理，对指导定向井水泥石力学性能的合理设计具有重要的意义。

1 控制方程的数值离散

以环空水泥环完全固结之后的套管-水泥环-地层系统为研究对象。……