【摘要】：界面膠結一直以來都是一個非常熱門的研究課題,針對界面膠結失效機制,許多學者做了大量的界面失效研究,同時界面膠結失效也是工程中最難以控制的問題。本文以固井工程中密封完整性作為背景,以套管-水泥石環(huán)界面膠結為試驗對象開展相關的膠結失效理論分析、試驗探究以及相應的數(shù)值模擬。主要從這三方面進行研究,一是從徑向界面膠結失效理論研究和縱向界面膠結失效理論研究;二是從界面膠結不在其他因素影響下純膠結強度大小,徑(法)向界面膠結失效和在沒有法向力作用下縱向界面膠結失效模式進行試驗研究;三是對套管-水泥石環(huán)縱向膠結面失效進行數(shù)值模擬。主要研究的內容如下:(1)對界面膠結失效從徑(法)向和縱向進行理論分析研究,運用厚壁圓筒理論分析了套管-水泥石徑向界面膠結失效原理,通過相關界面剪切失效理論研究建立起套(鋼)管-水泥石環(huán)縱向膠結面失效力學模型。(2)對界面膠結失效分二個層次開展三個試驗進行探究界面膠結失效,由于在室內試驗無法直接研究套管-水泥石環(huán)界面徑向膠結失效,故利用直接拉伸試驗和四點彎曲梁彎折試驗進行對徑(法)向膠結失效進行研究,研究表明四點彎曲梁彎折試驗要優(yōu)于直接拉伸試驗,四點彎曲梁彎折試驗試件在荷載中間處屬于純彎段,界面斷裂強度值即為界面膠結失效強度值,另外試驗表明彎折梁試驗界面膠結強度值偏大更接近實際值。(3)通過套(鋼)管-水泥石環(huán)界面縱向膠結失效試驗研究,試驗過程呈現(xiàn)出比較典型的三種界面膠結失效模式。第一種界面膠結失效模式是當還沒有達到界面膠結失效強度時,水泥石環(huán)先發(fā)生了破壞;第二種是界面膠結失效完成后,水泥石環(huán)完好,套筒與水泥石環(huán)發(fā)生相對滑動,有一定大小的摩擦力,驗證了通過其他兩相界面膠結失效力學模型而建立的套(鋼)管-水泥石環(huán)界面縱向膠結失效力學模型;第三種是界面膠結力特別大,達到膠結峰值荷載后,界面膠結失效與水泥石環(huán)同時破壞。針對所述的三種破壞模式,結果表明強度值大小:第三種界面膠結失效強度第二種界面膠結失效第一種界面膠結失效。同時說明進行套(鋼)管-水泥石環(huán)界面縱向膠結失效試驗研究,要保證試驗成功率,對試驗試件要求高。(4)為了進一步驗證試驗的完整準確性,更好的將試驗結合,同時開展對套(鋼)管-水泥石環(huán)縱向界面膠結失效數(shù)值模擬,在沒有定義徑(法)向力時,對比建立起的力學模型以及開展的試驗研究,結果表明,其吻合度高,驗證了力學模型的正確性和試驗實施的完美結合。
【學位授予單位】：長江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TE28
【圖文】：

圖2一1兩相界面模型

襲

厚壁圓筒力學計算模型

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