固井水泥石三轴力学行为实验研究和本构方程

摘要

固井水泥环作为井筒完整性第一道安全屏障,其质量严重影响气井的后期开采,其长期处于三轴复杂应力状态下工作.本文通过三轴实验发现:油井水泥石是一种压敏材料,围压作用能大幅提高水泥石的形变量,能大幅提高水泥石的强度.为准确描述水泥石在三轴作用下的特殊力学行为,本文提出了一种数学分析模型,该模型基于Weibull统计理论,从弹塑性损伤失效的角度出发,利用Mohr-Coulomb准则建立起细观与宏观的桥梁,得到了油井水泥石在三轴应力作用下的统计本构关系.以此本构方程来拟合水泥石在单轴、三轴应力作用下的应力—应变曲线,与实验结果匹配良好.