固井封固系统初始作用力及其影响分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇固井封固系统初始作用力及其影响分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘要】本文以固井封固系统为研究对象，首先简要分析了固井封固系统所对应的初始作用力类型及其表现，在此基础之上，详细研究了固井封固系统初始作用力对封固系统相关性能发挥的影响，有待引起同行工作人员的特别关注与重视。

【关键词】固井 封固系统 初始作用力 影响 分析

在固井作业完成之后，直至固井封固系统形成，这一时间段内，可以将作用于固井封固系统当中的外力、以及由固井封固系统内部相关部件所联动产生的作用力统称为固井封固系统所对应的初始作用力。大量的实践研究结果证实：固井封固系统所表现出的初始作用力在很大程度上关系着固井封固系统界面胶结性能的发挥以及封固有效性的实现水平，值得特别重视。为此，本文重点研究了固井封固系统所涉及到的初始作用力，及其对固井封固系统相关运行性能的影响关系，希望能够为相关实践工作的开展提供一定的参考与帮助。

1 固井封固系统初始作用力分析

在水泥浆表现为流体状态的情况下，套管内所分布的流体为顶替液流体。实践数据证实：在此种状态作用之下，固井封固系统套管部件内压与外压之间的差值在2MPa～3MPa单位范围之内。从这一角度上来说，所钻开井眼各部分之间的相互作用可简化为如下图（见图1）所示状态。在该示意图当中，水泥浆分别作用于套管以及地层，该作用力为静液柱压力。与此同时，套管内部所流动的顶替液流体也会相对于套管自身施加一定的静液柱压力。在此过程当中，静液柱压力的取之情况与水泥浆在环空状态下的返升高度有极为密切的关系。图1 水泥浆流体状态下初始作用力示意图

在水泥浆表现为塑性状态的情况下，水泥浆内部会自动形成一定的网络结构，该网络结构的产生与形成可使得水泥浆在胶凝强度方面有所提升。不仅如此，胶凝强度的提高使得上文中所提到的：水泥浆分别作用于套管以及地层的静液柱压力，该作用力将逐步降低。通常将这一现象称之为“水泥浆失重”。也正是在这一过程当中，水泥浆开始自流体状态发展变化成为塑性状态。在此过程当中，所钻开井眼各组成部分相互之间的作用情况可简化为如下图（见图2）所示。在该示意图当中，一界面位置的套管不但受到了剩余静液柱压力的影响。同时，水泥浆网络结构所传递的地层孔隙压力也属于一界面所需要承担的初始作用力。同样的，对于二界面位置而言，地层在受到剩余静液柱压力影响的同时，水泥浆柱通过网络结构传递方式所施加的反作用固―固作用力也需要由二界面位置承担。图2 水泥浆塑性状态下初始作用力示意图

在水泥浆表现为凝固状态的情况下，借助于水泥环传递而施加于套管部件之上的地层孔隙压力达到了max数值状态。结合对钻开井眼各部分关系的分析，可将钻开井眼中各部分之间的相互作用简化为如下图（见图3）所示。在该示意图当中，对于一界面位置而言，水泥环可相对于套管施加一定程度上的初始作用力，而在二界面位置当中，水泥环则可相对于地层表面施加一定程度上的反作用力。上述两类初始作用力均属于固―固作用力。与此同时，形成于一界面位置当中的初始作用力数值略低于形成于二界面位置当中的初始作用力数值。图3 水泥浆凝固状态下初始作用力示意图2 固井封固系统初始作用力的影响分析

通过上文中有关固井作业一般流程的分析，不难总结得出：相对于固井封固系统而言，所涉及到的初始作用力主要可以归纳为以下几个方面。首先，钻井开眼状态下实现二次分布的双向地应力。该初始作用力主要作用于钻开井眼的周边地层区域；其次，二界面位置水泥环与地层相对产生的固―固作用力。该初始作用力的具体数值等同于地层空隙压力数值；再次，一界面位置水泥环与套管对应产生的固―固作用力。该初始作用力的具体数值相对于地层孔隙压力数值而言略小或者是相等。换句话来说，一界面位置水泥环与套管对应产生的固―固作用力数值≤二界面位置水泥环与底层对应产生的固―固作用力；再次，水泥环分别受到来自于套管部件以及地层区域所产生的反作用力。此项初始作用力的具体数值与前文中所提到的固―固作用力（分别对于二界面以及一界面位置而言）均等；最后，在钻开井眼内部流体作用之下，产生于套管内部的静液柱压力。该初始作用力的具体取值分别受到了所钻开井眼内部液体密度以及套管深度的影响。

基于上述相关分析，不难发现：在固井封固系统所表现出的上述初始作用力当中，地层的性质直接决定着地应力相对于固井封固系统的作用力系数。实践研究结果同时证实：特别是对于长期处于蠕变状态下的地层区域而言，在作用时间不断延长的过程当中，水泥环以及套管部件所承受的作用力会呈现出由小至大的发展趋势，进而使得水泥环以及套管部件的正常运行受到严重的损害；与此同时，上文中所提到的一界面位置存在的水泥环与套管相互作用力、以及二界面位置存在的水泥环与地层相互作用力，上述两种类型的作用力均对固井风骨系统界面胶结性能的发挥以及封固的有效性产生着至关重要的影响。详细来说：无论是对一界面或者是对于二界面位置而言，固―固作用力的存在均有可能在作用力相互挤压的过程当中，导致固井封固系统的界面胶结出现失效问题；同时，对于水泥环所承受的反作用力而言，最为显著的影响在于：能够使水泥环的受力形态始终维持在三向应力稳定状态当中，提高其作用力强度，能够保障水泥环所承受的应力作用力更大。而这对于提高固井封固系统的封固性能而言无疑是极为关键的；最后，对于套管部件内部所表现出的静液柱压力而言，该初始作用力数值的降低会使得一界面位置以及二界面位置所表现出的挤压力呈现出明显的降低趋势，由此同样可能引发相关界面的胶结性能出现失效问题。