Введение
ГЛАВА 1 Анализ факторов, приводящих к нарушению крепи скважин 11
1.1 Анализ промысловой информации по состоянию крепи скважин на нефтяных и газовых месторождениях 11
1.2 Нагрузки, действующие на крепь скважины 14
1.2.1 Нагрузки, действующие на крепь скважины при перфорации 17
1.2.2 Нагрузки, действующие на крепь скважины при гидравлическом разрыве пласта 22
1.2.3 Нагрузки, действующие на крепь скважины при опрессовке обсадных колонн 26
1.2.4 Нагрузки, действующие на крепь скважины в процессе механического бурения 29
1.2.5 Графическая интерпретация динамических нагрузок на основе метода конечных элементов 32
1.3 Методы оценки герметичности крепи скважины 37
1.4 Тампонажные материалы, применяемые для крепления скважин 41
1.5 Выводы по главе 1. Определение цели и постановка задач работы 46
ГЛАВА 2 Обоснование рабочей гипотезы и методика проведения исследований по определению влияния динамических воздействий на крепь скважины 47
2.1 Обоснование рабочей гипотезы 47
2.1.1 Требования к цементному камню 49
2.1.2 Композиты: механизм разрушения 54
2.1.3 Обоснование материала наполнителя 57
2.2 Теоретическое обоснование схем и методики расчета 67
2.3 Теоретическое обоснование построения паспорта прочности 75
2.4 Критерии разрушения цементного камня на основе теории трещин 82
2.5 Фрактально-синергетическая концепция механического поведения цементного камня 85
2.5.1 Концепция структурных уровней деформации 86
2.5.2 Кинетическая теория Журкова разрушения твердых тел.. 89
2.5.3 Функция плотности энергии деформации 93
2.5.4 Критерии линейной и нелинейной механики разрушения 96
2.5.5 Динамическая механика разрушения 98
2.6 Универсальные параметрические диаграммы механического состояния цементного камня 102
2.6.1 Базовая параметрическая зависимость прочности от времени 102
2.6.2 Механизмы пластической деформации, контролирующие повреждаемость 103
2.6.3 Шероховатость поверхности разрушения как показатель фрактальной геометрии трещины 104
2.6.4 Связь энергии разрушения с фрактальной размерностью 105
2.7 Методика проведения исследований 106
2.7.1 Обоснование модели и расчетных условий 106
2.7.2 Методика проведения исследований по определению прочностных характеристик цементного камня 107
2.7.3 Методика проведения испытаний по определению эластичности цементного камня 107
2.7.4 Методика проведения испытаний по определению паспорта прочности цементного камня 108
2.7.5 Методика проведения испытаний цементного камня на газопрорыв 109
2.8 Выводы по главе 2 115
ГЛАВА 3 Результаты расчета напряжений, возникающих в крепи скважины при воздействии динамических нагрузок 116
3.1 Расчет напряжений, возникающих в цементном камне при перфорации 116
3.2 Расчет напряжений, возникающих в цементном камне при опрессовке 125
3.3 Расчет напряжений, возникающих в цементном камне при ГРП 130
3.4 Расчет напряжений, возникающих в цементном камне при углублении скважины 135
3.5 Анализ полученных результатов расчетов 140
3.6 Сопоставление полученных напряжений с характеристиками цементного камня 147
3.7 Оценка разрушения цементного камня на основе фрактально-синергетической концепции механического поведения 151
3.8 Выводы по главе 3 154
ГЛАВА 4 Исследование силикатных армирующих добавок как средства повышения сопротивляемости динамическим воздействиям при сохранении герметичности крепи скважин 155
4.1 Оценка разрушения цементного камня с волокнистыми наполнителями на основе фрактально-синергетической концепции механического поведения 155
4.2 Стойкость волокнистых наполнителей к воздействию агрессивных сред 168
4.3 Влияние волокнистых наполнителей на свойства цементного раствора и камня 169
4.4 Построение паспорта прочности цементного камня со стеклонитом 180
4.5 Построение паспорта прочности цементного камня с асбестовым наполнителем 188
4.6 Оценка эластичности цементного камня с волокнистыми наполнителями 195
4.7 Испытания на газопрорыв цементного камня, армированного волокнистыми наполнителями 204
4.8 Выводы по главе 4 217
Основные выводы и рекомендации 218
Литература 220
Приложения 232
