【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于油气井工程，特别涉及一种水泥环塑性应变累积演化评价技术。
技术介绍
1、致密油气资源(页岩气、页岩油、致密砂岩气等)在我国具有丰富的储量和广阔的开发前景。该类油气藏的特点是石油和天然气资源赋存在相对于常规储层更加微小的孔隙、裂缝内，在钻井到达储层后无法自行流动汇入井筒，形成工业油气流，需要进行充分的储层改造。针对这类致密油气资源，当前相对成熟的储层改造方法是钻水平井并进行大型分段压裂，在储层中人为制造更多的裂缝，增加油气流体的渗流通道，从而将微小孔缝中的油气资源有效采出。
2、井筒水泥环是位于套管和井壁之间的环状水泥石结构，具有封隔地层、加固井眼的作用，确保形成密封性良好的井内流动通道。在非常规油气井大型分段压裂过程中，套管内压将经受大幅值、高频次波动，相应地，水泥环将经受数十次周期性加卸载过程，形成塑性应变的持续累积增长。塑性应变是周期性加载和卸载后不可恢复的残余变形，水泥环塑性应变的持续增长将导致两方面后果，一方面是水泥环本体可能因塑性变形过大而产生宏观裂缝，另一方面是水泥环因持续的塑性压缩而变薄，导致水泥环与套管和地层的界面胶结失效，形成微环隙，以上两方面共同作用，将引发水泥环的密封失效，并进一步导致井口环空带压、冒油冒气等问题，严重威胁非常规油气井长期安全生产。因此对大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化的评价具有重要的工程价值。
3、目前，专门用于大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化的评价方法较少。文献cn 116698631a(一种多次交变载荷下油气井水泥环界面微环隙预测方
4、由此可知，目前已有的评价方法较少且相对较为简单，评价结果与实际情况仍存在较大差异，主要原因在于没有充分考虑温度对水泥石力学性能的影响，以及高温环境下水泥石塑性应变累积规律。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，可以有效评价现场大型分段压裂工况下的深部地层水泥环塑性应变累积规律。
2、本专利技术采用的技术方案为：一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，包括：
3、s1、制备多个批次水泥石样品，每一批次水泥石样品在不同温度环境下进行养护；
4、s2、开展不同温度下的水泥石三轴压缩试验，获得不同温度下水泥石样品的力学参数；根据获得的不同温度下的水泥石样品的应力-应变曲线、水泥石力学参数，利用散点拟合，建立水泥石力学参数与试验温度的函数关系；
5、s3、开展特定温度下的水泥石三轴循环加卸载试验，所述特定温度为深部地层温度；通过三轴循环加卸载试验，获得水泥石循环加卸载应力-应变曲线，进一步提取曲线上的关键数据点，获得水泥石塑性应变随循环次数的演化规律；
6、s4、建立考虑温度效应和循环衰减特性的水泥石非线性弹塑性本构模型；该本构模型以弹性极限应力为界，分为初始的线弹性段和随后的非线性弹塑性段；其中，初始的线弹性段的比例系数基于步骤s2中建立的水泥石力学参数与试验温度的函数关系得到；
7、通过对水泥石高温三轴压缩应力-应变曲线的非线性拟合得到随后的非线性弹塑性段的本构模型；
8、s5、基于步骤s4建立的考虑温度效应和循环衰减特性的水泥石非线性弹塑性本构模型，采用有限元平台建立套管-水泥环-地层三维地质力学模型；
9、s6、基于步骤s5建立的套管-水泥环-地层三维地质力学模型，开展大型分段压裂工况下的水泥环力学响应数值模拟；
10、s7、基于步骤s6的数值模拟结果，评价大型分段压裂工况下的水泥环塑性应变累积规律。
11、本专利技术的有益效果：本专利技术所建立的评价模型较为全面地考虑了温度对水泥环力学性能的影响、循环加卸载过程中水泥石的非线性特征和塑性应变的衰减效应，能够有效评价现场大型分段压裂工况下的深部地层水泥环塑性应变累积规律。
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1.一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，其特征在于，步骤S1中养护对应的不同温度环境至少包括温3个温度点，且最高温度不低于所研究的深部地层的温度，其余温度点在常温和最高温度之间等间隔设置。
3.根据权利要求1所述的一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，其特征在于，步骤S2中三轴压缩试验的温度与试样养护时的温度保持一致。
4.根据权利要求3所述的一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，其特征在于，水泥石力学参数包括：抗压强度、弹性模量。
5.根据权利要求1所述的一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，其特征在于，步骤S3中，循环加卸载试验中，上限应力不小于步骤S2中该特定温度对应的三轴压缩试验测得的抗压强度的50％，下限应力取值范围为1～2kN；当加载应力时，从下限应力到上限应力匀速变化；当卸载应力时，从上限
6.根据权利要求5所述的一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，其特征在于，循环次数不少于分段压裂的段数。
7.根据权利要求1所述的一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，其特征在于，步骤S4中根据水泥石的三轴压缩应力应变曲线，确定水泥石的弹性极限应力。
8.根据权利要求7所述的一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，其特征在于，初始的线弹性段的比例系数为弹性模量。
9.根据权利要求8所述的一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，其特征在于，非线性弹塑性段的本构模型中包括塑性应变衰减系数，所述塑性应变衰减系数基于步骤S3中实测的每个加卸载循环下产生的塑性残余应变随循环次数的非线性递减规律进行设定。
10.根据权利要求1所述的一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，其特征在于，步骤S6的数值模拟结果包括：每一段压裂施工完成后，水泥环塑性应变的最大值及其位置。
...【技术特征摘要】
1.一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，其特征在于，步骤s1中养护对应的不同温度环境至少包括温3个温度点，且最高温度不低于所研究的深部地层的温度，其余温度点在常温和最高温度之间等间隔设置。
3.根据权利要求1所述的一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，其特征在于，步骤s2中三轴压缩试验的温度与试样养护时的温度保持一致。
4.根据权利要求3所述的一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，其特征在于，水泥石力学参数包括：抗压强度、弹性模量。
5.根据权利要求1所述的一种考虑温度效应的大型分段压裂工况下水泥环塑性应变累积演化评价方法，其特征在于，步骤s3中，循环加卸载试验中，上限应力不小于步骤s2中该特定温度对应的三轴压缩试验测得的抗压强度的50％，下限应力取值范围为1～2kn；当加载应力时，从下限应力到上限应力匀速变化；当卸载应力时，从上限...
【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，郭印同，杨涵志，应琪祺，毕振辉，郭武豪，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：
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