石油学报

作者：杨焕强, 王凯, 蔡萌, 王鹏, 张楠, 李俊亮, 马文海, 黄伟明, 李勇

单位：1. 长江大学油气钻完井技术国家工程研究中心 湖北武汉 430100;2. 低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室(长江大学) 湖北武汉 430100;3. 大庆油田有限责任公司采油工艺研究院 黑龙江大庆 163453

关键词：连续损伤力学,水泥环,疲劳损伤,CO₂循环注入,全尺寸试验,综合损伤因子

摘要： 水泥环在复杂压力及温度条件下发生疲劳损伤以及由此引起的环空带压,严重影响井筒安全。基于连续损伤力学理论,综合考虑水泥环压缩和拉伸两种状态的损伤塑性本构模型,构建了水泥环连续疲劳损伤力学模型,引入综合损伤因子对疲劳损伤程度进行定量评价;针对大庆油田应用二氧化碳的捕集、利用与封存(CCUS)的井筒结构及注采参数,利用全尺寸井筒完整性评价系统及八扇区水泥胶结测井仪,开展了套管内温度、压力交变的水泥胶结测井试验,以验证模型的准确性;研究了CO2循环注入工况下的水泥环疲劳损伤规律。研究结果表明,CO2循环注入时水泥环损伤初期线性增加后趋势变缓;在4次/年的注采频率下,套管内压力交变幅值小于30 MPa、套管内温度交变幅值小于70℃为大庆油田CCUS井安全生产20年的运行界限;受温度和压力的耦合作用,CO2注入时,井筒温度降低有助于减小套管内压力增大而造成的水泥环疲劳损伤。

来源：2025年第5期

《石油学报》期刊编辑部

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