固井水泥環(huán)完整性分析預測方法及裝置與流程
本發(fā)明涉及套管固井的油氣井技術領域，尤其涉及一種固井水泥環(huán)完整性分析預測方法及裝置。
背景技術：
固井水泥環(huán)是保證井筒有效密封的重要屏障。如何保證水泥環(huán)的完整性是固井工程師關注的問題。為了改善井筒密封性能，保證水泥環(huán)完整性，研究人員研發(fā)了多套水泥漿體系，如高密度、低密度、低彈模高強度、韌性微膨脹等。但由于井底工況的復雜性，仍然存在大量水泥環(huán)密封失效的問題。
為了探明水泥環(huán)密封失效的原因，許多研究人員利用彈性力學原理，從井底水泥環(huán)應力-應變分析入手，結合強度理論，對水泥環(huán)結構破壞進行研究。除此之外，還有一些研究人員，結合塑性力學，分析塑性變形條件下水泥環(huán)與套管交界面由于塑性變形而產生的脫離，由此產生微環(huán)隙，造成密封失效。
但這兩類分析方法都簡化過多，很多井底實際工況不能得到真實反映。例如，井底水泥環(huán)是處于任意地應力場作用下，既可以是均勻地應力場，也可以是非均勻地應力場。另外，井筒還受到溫度場的影響。在受力狀態(tài)上，當井下壓力、溫度過高時，井底水泥環(huán)將不僅僅單一的彈性變形或塑性變形，而是處于彈、塑性變形均有發(fā)生的狀態(tài)。
因此，如何更為真實、更為全面地模擬井下真實井況是亟待解決的問題。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種固井水泥環(huán)完整性分析預測方法及裝置，以更真實地得到固井水泥環(huán)完整性情況。
本發(fā)明提供一種固井水泥環(huán)完整性分析預測方法，包括：在均勻地應力場作用下，分別基于彈性厚壁圓筒理論和mohr-coulomb塑性屈服準則，計算得到井筒的彈性區(qū)的應力分布及位移分布和所述井筒的塑性區(qū)的應力分布及位移分布，所述井筒包括由內到外分布的套管、水泥環(huán)及圍巖；利用airy應力函數(shù)，計算得到所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布，所述均勻地應力場和所述非均勻地應力場線性疊加結果為原始地應力場；利用所述井筒的彈性區(qū)的應力分布及位移分布、所述井筒的塑性區(qū)的應力分布及位移分布、以及所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布，通過線性疊加得到所述井筒的總應力分布及總位移分布；利用所述的總應力分布及總位移分布分析預測所述水泥環(huán)的完整性；其中，利用所述的總應力分布及總位移分布分析預測所述水泥環(huán)的完整性，包括：利用套管內壓力，根據所述的總應力分布，計算得到水泥環(huán)內壁應力；利用膠接強度測試裝置測量所述水泥環(huán)與所述套管之間的膠結拉力；通過比較所述膠結拉力和所述水泥環(huán)內壁應力，判斷所述水泥環(huán)與所述套管是否發(fā)生脫離。
一個實施例中，所述井筒的彈性區(qū)包括套管、水泥環(huán)彈性區(qū)及圍巖，所述井筒的塑性區(qū)包括水泥環(huán)塑性區(qū)；在均勻地應力場作用下，分別基于彈性厚壁圓筒理論和mohr-coulomb塑性屈服準則，計算得到井筒的彈性區(qū)的應力分布及位移分布和所述井筒的塑性區(qū)的應力分布及位移分布，包括：在所述均勻地應力場作用下，基于所述彈性厚壁圓筒理論，推導所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)及所述圍巖三部分的應力表達式和位移表達式，利用所述mohr-coulomb塑性屈服準則、水泥環(huán)彈塑性邊界條件及彈性厚壁圓筒理論平衡方程，推導所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式；利用所述套管、所述水泥環(huán)及所述圍巖間的界面位移連續(xù)邊界條件，求出所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)及所述圍巖三部分的應力表達式和位移表達式中的未知參數(shù)，以及所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式中的未知參數(shù)；將求出的未知參數(shù)相應地代入所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)、所述圍巖及所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式，得到所述井筒的彈性區(qū)的應力分布及位移分布和所述井筒的塑性區(qū)的應力分布及位移分布。
一個實施例中，在所述均勻地應力場作用下，基于所述彈性厚壁圓筒理論，推導所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)及所述圍巖三部分的應力表達式和位移表達式，包括：在所述均勻地應力場作用下，根據所述彈性厚壁圓筒理論，推導在井筒溫度和套管內壓力影響作用下的所述井筒的應力表達式及位移表達式；根據所述井筒的應力表達式確定所述套管的應力表達式、所述水泥環(huán)彈性區(qū)的應力表達式及所述圍巖的應力表達式，根據所述井筒的位移表達式確定所述套管的位移表達式、所述水泥環(huán)彈性區(qū)的位移表達式及所述圍巖的位移表達式。
一個實施例中，利用airy應力函數(shù)，計算得到所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布，包括：利用所述airy應力函數(shù)，推導所述井筒在所述非均勻地應力場作用下的應力表達式和位移表達式；利用所述井筒在所述非均勻地應力場下的應力邊界條件和所述井筒的套管、水泥環(huán)及圍巖間的界面位移連續(xù)條件，求出所述井筒在所述非均勻地應力場作用下的應力表達式和位移表達式中的未知參數(shù)；將求出的未知參數(shù)相應地代入所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力表達式和位移表達式，得到所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布。
一個實施例中，利用所述的總應力分布及總位移分布分析預測所述水泥環(huán)的完整性，包括：利用套管卸載前內壓力，根據所述的總應力分布及總位移分布，計算得到套管卸載壓力前的水泥環(huán)內壁壓力、水泥環(huán)外壁壓力、水泥環(huán)內壁徑向位移及水泥環(huán)外壁徑向位移；利用套管卸載壓力前的水泥環(huán)內壁壓力、水泥環(huán)外壁壓力、水泥環(huán)內壁徑向位移及水泥環(huán)外壁徑向位移，根據所述總位移分布中的所述井筒的彈性區(qū)的位移分布，計算得到套管卸載壓力后的水泥環(huán)內壁徑向位移及水泥環(huán)外壁徑向位移；利用所述水泥環(huán)內壁徑向位移、所述水泥環(huán)外壁徑向位移、以及所述井筒的套管、水泥環(huán)及圍巖間的界面徑向位移連續(xù)條件，計算得到所述井筒在所述水泥環(huán)與所述套管發(fā)生脫離的臨界點處的水泥環(huán)內壁壓力及水泥環(huán)外壁壓力，并得到使所述水泥環(huán)與所述套管發(fā)生脫離的臨界點的套管臨界內壓力；通過比較套管擬卸載后內壓力和所述套管臨界內壓力，判斷在所述套管擬卸載后內壓力下所述水泥環(huán)與所述套管是否發(fā)生脫離。
一個實施例中，利用所述的總應力分布及總位移分布分析所述水泥環(huán)的完整性，還包括：根據所述套管臨界內壓力，設定套管實際載后內壓力。
一個實施例中，利用所述的總應力分布及總位移分布分析預測所述水泥環(huán)的完整性，包括：利用套管設定內壓力，根據所述總位移分布，計算得到水泥環(huán)內壁位移；根據所述水泥環(huán)內壁位移和水泥環(huán)內外徑位移差，判斷所述水泥環(huán)進入全彈性、彈塑性或全塑性。
本發(fā)明還提供一種固井水泥環(huán)完整性分析預測裝置，包括：均勻應力場下應力及位移分布獲取單元，用于執(zhí)行：在均勻地應力場作用下，分別基于彈性厚壁圓筒理論和mohr-coulomb塑性屈服準則，計算得到井筒的彈性區(qū)的應力分布及位移分布和所述井筒的塑性區(qū)的應力分布及位移分布，所述井筒包括由內到外分布的套管、水泥環(huán)及圍巖；非均勻應力場下應力及位移分布獲取單元，用于執(zhí)行：利用airy應力函數(shù)，計算得到所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布，所述均勻地應力場和所述非均勻地應力場線性疊加結果為原始地應力場；總應力及總位移分布獲取單元，用于執(zhí)行：利用所述井筒的彈性區(qū)的應力分布及位移分布、所述井筒的塑性區(qū)的應力分布及位移分布、以及所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布，通過線性疊加得到所述井筒的總應力分布及總位移分布；水泥環(huán)完整性分析單元，用于執(zhí)行：利用所述的總應力分布及總位移分布分析預測所述水泥環(huán)的完整性；其中，所述水泥環(huán)完整性分析單元，包括：水泥環(huán)內壁應力獲取模塊，用于執(zhí)行：利用套管內壓力，根據所述的總應力分布，計算得到水泥環(huán)內壁應力；膠結拉力獲取模塊，用于執(zhí)行：利用膠接強度測試裝置測量所述水泥環(huán)與所述套管之間的膠結拉力；第二水泥環(huán)完整性判斷模塊，用于執(zhí)行：通過比較所述膠結拉力和所述水泥環(huán)內壁應力，判斷所述水泥環(huán)與所述套管是否發(fā)生脫離。
一個實施例中，所述井筒的彈性區(qū)包括套管、水泥環(huán)彈性區(qū)及圍巖，所述井筒的塑性區(qū)包括水泥環(huán)塑性區(qū)；所述均勻應力場下應力及位移分布獲取單元，包括：均勻應力場下應力及位移表達式建立模塊，用于執(zhí)行：在所述均勻地應力場作用下，基于所述彈性厚壁圓筒理論，推導所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)及所述圍巖三部分的應力表達式和位移表達式，利用所述mohr-coulomb塑性屈服準則、水泥環(huán)彈塑性邊界條件及彈性厚壁圓筒理論平衡方程，推導所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式；第一未知參數(shù)獲取模塊，用于執(zhí)行：利用所述套管、所述水泥環(huán)及所述圍巖間的界面位移連續(xù)邊界條件，求出所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)及所述圍巖三部分的應力表達式和位移表達式中的未知參數(shù)，以及所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式中的未知參數(shù)；均勻應力場下應力及位移分布獲取模塊，用于執(zhí)行：將求出的未知參數(shù)相應地代入所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)、所述圍巖及所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式，得到所述井筒的彈性區(qū)的應力分布及位移分布和所述井筒的塑性區(qū)的應力分布及位移分布。
一個實施例中，所述均勻應力場下應力及位移表達式建立模塊，包括：井筒應力及位移表達式建立模塊，用于執(zhí)行：在所述均勻地應力場作用下，根據所述彈性厚壁圓筒理論，推導在井筒溫度和套管內壓力影響作用下的所述井筒的應力表達式及位移表達式；彈性區(qū)應力及位移表達式建立模塊，用于執(zhí)行：根據所述井筒的應力表達式確定所述套管的應力表達式、所述水泥環(huán)彈性區(qū)的應力表達式及所述圍巖的應力表達式，根據所述井筒的位移表達式確定所述套管的位移表達式、所述水泥環(huán)彈性區(qū)的位移表達式及所述圍巖的位移表達式。
一個實施例中，所述非均勻應力場下應力及位移分布獲取單元，包括：非均勻應力場下應力及位移分布表達式建立模塊，用于執(zhí)行：利用所述airy應力函數(shù)，推導所述井筒在所述非均勻地應力場作用下的應力表達式和位移表達式；第二未知參數(shù)，用于執(zhí)行：利用所述井筒在所述非均勻地應力場下的應力邊界條件和所述井筒的套管、水泥環(huán)及圍巖間的界面位移連續(xù)條件，求出所述井筒在所述非均勻地應力場作用下的應力表達式和位移表達式中的未知參數(shù)；非均勻應力場下應力及位移分布獲取模塊，用于執(zhí)行：將求出的未知參數(shù)相應地代入所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力表達式和位移表達式，得到所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布。
一個實施例中，所述水泥環(huán)完整性分析單元，包括：卸載壓力前壓力及位移獲取模塊，用于執(zhí)行：利用套管卸載前內壓力，根據所述的總應力分布及總位移分布，計算得到套管卸載壓力前的水泥環(huán)內壁壓力、水泥環(huán)外壁壓力、水泥環(huán)內壁徑向位移及水泥環(huán)外壁徑向位移；卸載壓力后位移獲取模塊，用于執(zhí)行：利用套管卸載壓力前的水泥環(huán)內壁壓力、水泥環(huán)外壁壓力、水泥環(huán)內壁徑向位移及水泥環(huán)外壁徑向位移，根據所述總位移分布中的所述井筒的彈性區(qū)的位移分布，計算得到套管卸載壓力后的水泥環(huán)內壁徑向位移及水泥環(huán)外壁徑向位移；套管臨界內壓力獲取模塊，用于執(zhí)行：利用所述水泥環(huán)內壁徑向位移、所述水泥環(huán)外壁徑向位移、以及所述井筒的套管、水泥環(huán)及圍巖間的界面徑向位移連續(xù)條件，計算得到所述井筒在所述水泥環(huán)與所述套管發(fā)生脫離的臨界點處的水泥環(huán)內壁壓力及水泥環(huán)外壁壓力，并得到使所述水泥環(huán)與所述套管發(fā)生脫離的臨界點的套管臨界內壓力；第一水泥環(huán)完整性判斷模塊，用于執(zhí)行：通過比較套管擬卸載后內壓力和所述套管臨界內壓力，判斷在所述套管擬卸載后內壓力下所述水泥環(huán)與所述套管是否發(fā)生脫離。
一個實施例中，所述水泥環(huán)完整性分析單元，還包括：套管卸載后內壓力設定模塊，用于執(zhí)行：根據所述套管臨界內壓力，設定套管實際卸載后內壓力。
一個實施例中，所述水泥環(huán)完整性分析單元，包括：水泥環(huán)內壁位移獲取模塊，用于執(zhí)行：利用套管設定內壓力，根據所述總位移分布，計算得到水泥環(huán)內壁位移；水泥環(huán)彈塑性狀態(tài)判斷模塊，用于執(zhí)行：根據所述水泥環(huán)內壁位移和水泥環(huán)內外徑位移差，判斷所述水泥環(huán)進入全彈性、彈塑性或全塑性。
本發(fā)明實施例的固井水泥環(huán)完整性分析預測方法及裝置，根據線性疊加原理，將原始地應力場分為均勻地應力場和非均勻地應力場，可使得在該均勻地應力場作用下，容易地計算得到井筒彈性區(qū)的應力分布及位移分布和井筒塑性區(qū)的應力分布及位移分布，以此可以克服直接根據非均勻的原始地應力場難以同時計算出井筒彈性區(qū)及塑性區(qū)的應力分布及位移分布的困難，實現(xiàn)全面考慮井筒的彈、塑性，從而可以更真實地反映井筒水泥環(huán)的情況。進一步，在所述均勻地應力場作用下，同時考慮井筒受井筒溫度和套管內壓力影響，可以得到更能反映井筒真實情況的應力表達式及位移表達式，從而可以更好地反映井底真實工況。利用本發(fā)明可以分析和預測固井過程中的井筒完整性，并通過反演或者試算，能夠指導某一區(qū)塊水泥環(huán)應具有的力學性能要求，從而指導該區(qū)塊的固井水泥漿設計。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：
圖1是本發(fā)明一實施例的固井水泥環(huán)完整性分析預測方法的流程示意圖；
圖2是本發(fā)明一實施例中計算得到井筒的彈、塑性區(qū)的應力分布及位移分布的方法流程示意圖；
圖3是本發(fā)明一實施例中推導井筒彈性區(qū)的應力表達式和位移表達式的方法流程示意圖；
圖4是本發(fā)明一實施例中計算井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布的方法流程示意圖；
圖5是本發(fā)明一實施例中利用總應力分布及總位移分布分析水泥環(huán)的完整性方法的流程示意圖；
圖6是本發(fā)明另一實施例中利用總應力分布及總位移分布分析水泥環(huán)的完整性方法的流程示意圖；
圖7是本發(fā)明又一實施例中利用總應力分布及總位移分布分析水泥環(huán)的完整性方法的流程示意圖；
圖8是本發(fā)明再一實施例中利用總應力分布及總位移分布分析水泥環(huán)的完整性方法的流程示意圖；
圖9是本發(fā)明另一實施例的固井水泥環(huán)完整性分析預測方法的流程示意圖；
圖10是本發(fā)明一實施例中原始地應力場分布示意圖；
圖11和圖12分別是根據圖10所示的原始地應力場等效分割成的均勻地應力場和非均勻地應力場的分布示意圖；
圖13是本發(fā)明一實施例的固井水泥環(huán)完整性分析預測裝置的結構示意圖；
圖14是本發(fā)明一實施例中均勻應力場下應力及位移分布獲取單元的結構示意圖；
圖15是本發(fā)明一實施例中均勻應力場下應力及位移表達式建立模塊的結構示意圖；
圖16是本發(fā)明一實施例中非均勻應力場下應力及位移分布獲取單元的結構示意圖；
圖17是本發(fā)明一實施例中水泥環(huán)完整性分析單元的結構示意圖；
圖18是本發(fā)明另一實施例中水泥環(huán)完整性分析單元的結構示意圖；
圖19是本發(fā)明又一實施例中水泥環(huán)完整性分析單元的結構示意圖；
圖20是本發(fā)明再一實施例中水泥環(huán)完整性分析單元的結構示意圖；
圖21是本發(fā)明一實施例的固井一界面膠結強度養(yǎng)護裝置中膠結主體的立體結構示意圖；
圖22是本發(fā)明一實施例中膠結主體的立體結構示意圖；
圖23是圖22所示中膠結主體的立體分解結構示意圖；
圖24是本發(fā)明一實施例中上部密封裝置的立體結構示意圖；
圖25是本發(fā)明一實施例中養(yǎng)護筒的立體結構示意圖；
圖26是圖25所示養(yǎng)護筒的立體分解結構示意圖；
圖27是本發(fā)明一實施例中下部密封體的立體結構示意圖；
圖28是本發(fā)明另一實施例中下部密封體的立體結構示意圖；
圖29是本發(fā)明一實施例中固井一界面膠結強度測試裝置的剖面結構示意圖；
圖30是圖29所示固井一界面膠結強度測試裝置的立體分解結構示意圖；
圖31是圖29所示固井一界面膠結強度測試裝置的立體結構示意圖；
圖32是本發(fā)明一實施例中上部夾持部的立體結構示意圖；
圖33是本發(fā)明一實施例中連接部的立體結構示意圖；
圖34是本發(fā)明一實施例中下部夾持部的立體結構示意圖；
圖35是本發(fā)明另一實施例中膠結主體的立體結構示意圖；
圖36是圖35所示膠結主體的立體分解結構示意圖；
圖37是本發(fā)明另一實施例中上部密封裝置的立體結構示意圖；
圖38是本發(fā)明一實施例中上部夾持部連接銷孔連接部的示意圖；
圖39是本發(fā)明另一實施例中下部夾持部的立體結構示意圖；
圖40是本發(fā)明另一實施例的固井一界面膠結強度測試裝置的立體分解結構示意圖；
圖41是本發(fā)明另一實施例的固井一界面膠結強度測試裝置的立體結構示意圖；
圖42是本發(fā)明一實施例的固井一界面膠結強度測試方法的流程示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
針對目前井底實際工況不能得到真實反映的問題，發(fā)明人綜合考慮了井筒的彈性和塑性狀態(tài)，創(chuàng)造性地設計了一種固井水泥環(huán)完整性分析預測方法，利用該方法能夠得到反映井底工況真實情況的水泥環(huán)狀態(tài)。
圖1是本發(fā)明一實施例的固井水泥環(huán)完整性分析預測方法的流程示意圖。如圖1所示，本發(fā)明實施例的固井水泥環(huán)完整性分析預測方法，可包括步驟：
s110：在均勻地應力場作用下，分別基于彈性厚壁圓筒理論和mohr-coulomb塑性屈服準則，計算得到井筒的彈性區(qū)的應力分布及位移分布和所述井筒的塑性區(qū)的應力分布及位移分布，所述井筒包括由內到外分布的套管、水泥環(huán)及圍巖；
s120：利用airy應力函數(shù)，計算得到所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布，所述均勻地應力場和所述非均勻地應力場線性疊加結果為原始地應力場；
s130：利用所述井筒的彈性區(qū)的應力分布及位移分布、所述井筒的塑性區(qū)的應力分布及位移分布、以及所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布，通過線性疊加得到所述井筒的總應力分布及總位移分布；
s140：利用所述的總應力分布及總位移分布分析預測所述水泥環(huán)的完整性。
在上述步驟s110中，在均勻地應力場作用下，基于彈性厚壁圓筒理論計算得到井筒的彈性區(qū)的應力分布及位移分布；在均勻地應力場作用下，基于mohr-coulomb塑性屈服準則計算得到該井筒的塑性區(qū)的應力分布及位移分布。該mohr-coulomb塑性屈服準則是指以mohr-coulomb準則作為井筒(例如其中水泥環(huán))的塑性屈服準則。井筒中的套管、水泥環(huán)及圍巖一般由內到外同中心軸設置，具體可視井的設計而定。求解過程中，井筒內壓力可為套管實際內壓力。
在上述步驟s120中，在非均勻地應力場作用下，利用airy應力函數(shù)，計算得到該井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布。求解過程中，井筒內壓力可為零。該均勻地應力場可以是大小相等且均指向井筒軸心的應力的場，一般是原始地應力場的分量。該非均勻地應力場可以是大小相等但方向不同的應力的場，例如，其中部分應力指向井筒的軸心，其余部分應力背離井筒的軸心。一般，所述均勻地應力場和所述非均勻地應力場線性疊加結果為原始地應力場，該原始地應力場可以是原場任意地應力。一個實施例中，可通過等效分割該原始地應力場，得到均勻地應力場和非均勻地應力場。
該應力分布及位移分布可以以各種方式表示，較佳實施例中，該應力分布為井筒的徑向應力分布，該位移分布為井筒的徑向位移，該位移是指位移改變量，例如徑向位移改變量。將原始地應力等效分割為均勻地應力場和非均勻地應力場后，較佳實施例中，該非均勻地應力場所對應的套管內壓力為零(該均勻地應力場可對應實際套管內壓力)以此可以簡化此處未知參數(shù)的求解。
在上述步驟s130中，利用所述井筒的彈性區(qū)的應力分布、所述井筒的塑性區(qū)的應力分布、及所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布，可以疊加得到該井筒的總應力分布；利用所述井筒的彈性區(qū)的位移分布、所述井筒的塑性區(qū)的位移分布、以及所述井筒在非均勻地應力場作用下的位移分布，可以疊加得到該井筒的總位移分布。
在上述步驟s140中，該水泥環(huán)的完整性可包括結構完整性和密封完整性，例如可指水泥環(huán)與套管是否脫離。利用疊加得到的總應力分布及總位移分布分析井筒的水泥環(huán)的完整性，可以預測一定施工情況下的水泥環(huán)的狀態(tài)，也可以根據分析結果知道施工工程。
本發(fā)明實施例中，根據線性疊加原理，將原始地應力場分為所述均勻地應力場和所述非均勻地應力場，可使得在該均勻地應力場作用下，容易地計算得到井筒彈性區(qū)的應力分布及位移分布和井筒塑性區(qū)的應力分布及位移分布，以此可以克服直接根據非均勻的原始地應力場難以同時計算出井筒彈性區(qū)及塑性區(qū)的應力分布及位移分布的困難，實現(xiàn)全面考慮井筒的彈、塑性，從而可以更真實地反映井筒水泥環(huán)的情況。
一個實施例中，該井筒的彈性區(qū)可包括套管、水泥環(huán)彈性及圍巖，該井筒的塑性區(qū)可包括水泥環(huán)塑性區(qū)。井筒的套管和圍巖可視為彈性的，井筒的水泥環(huán)可視為彈塑性的，以此更符合水泥環(huán)的實際情況，可以克服現(xiàn)有技術中如僅將水泥環(huán)視為彈性的而導致分析結果出現(xiàn)偏差的問題。
圖2是本發(fā)明一實施例中計算得到井筒的彈、塑性區(qū)的應力分布及位移分布的方法流程示意圖。如圖2所示，在上述步驟s110，在均勻地應力場作用下，分別基于彈性厚壁圓筒理論和mohr-coulomb塑性屈服準則，計算得到井筒的彈性區(qū)的應力分布及位移分布和所述井筒的塑性區(qū)的應力分布及位移分布的方法，可包括步驟：
s111：在所述均勻地應力場作用下，基于所述彈性厚壁圓筒理論，推導所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)及所述圍巖三部分的應力表達式和位移表達式，利用所述mohr-coulomb塑性屈服準則、水泥環(huán)彈塑性邊界條件及彈性厚壁圓筒理論平衡方程，推導所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式；
s112：利用所述套管、所述水泥環(huán)及所述圍巖間的界面位移連續(xù)邊界條件，求出所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)及所述圍巖三部分的應力表達式和位移表達式中的未知參數(shù)，以及所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式中的未知參數(shù)；
s113：將求出的未知參數(shù)相應地代入所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)、所述圍巖及所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式，得到所述井筒的彈性區(qū)的應力分布及位移分布和所述井筒的塑性區(qū)的應力分布及位移分布。
在上述步驟s111中，該水泥環(huán)彈塑性邊界條件一般是指水泥環(huán)彈性區(qū)進入水泥環(huán)塑性區(qū)的臨界條件，可通過對水泥環(huán)進行彈塑性邊界分析得到。
在上述步驟s112中，在套管、水泥環(huán)及圍巖三者緊貼的情況下，套管、水泥環(huán)及圍巖間的界面位移連續(xù)邊界條件，一般可指套管外壁徑向位移等于水泥環(huán)內壁徑向位移，水泥環(huán)塑性區(qū)外邊界徑向位移等于水泥環(huán)彈性區(qū)內邊界徑向位移，水泥環(huán)彈性區(qū)外邊界位移等于圍巖內壁徑向位移等，可如后續(xù)公式(35)～(39)。所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)及所述圍巖三部分的應力表達式和位移表達式中的未知參數(shù)，以及所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式中的未知參數(shù)，可以是不同通過測井數(shù)據、試驗測量等方式獲得的參量。所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)及所述圍巖三部分的應力表達式和位移表達式中，以及所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式中，還可以含有多個已知參數(shù)，該些已知參數(shù)可以通過測井數(shù)據、試驗測量等方式獲得，例如彈性模量、泊松比、套管壁厚等參數(shù)。該些已知參數(shù)的值可以在獲取總應力分布及總位移分布的一開始的步驟中就代入進行后續(xù)計算，或者可以在得到總應力分布及總位移分布后再代入計算所需結果。
本實施例中，在所述均勻地應力場作用下，基于所述彈性厚壁圓筒理論，推導所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)及所述圍巖三部分的應力表達式和位移表達式后，在所述均勻地應力場作用下，創(chuàng)造性地利用所述mohr-coulomb塑性屈服準則、水泥環(huán)彈塑性邊界條件及彈性厚壁圓筒理論平衡方程，推導所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式，其中由于獨創(chuàng)性地使用了水泥環(huán)彈塑性邊界條件及彈性厚壁圓筒理論平衡方程可以將水泥環(huán)彈性區(qū)和水泥環(huán)塑性區(qū)有效地結合起來，從而實現(xiàn)全面考慮水泥環(huán)的彈塑性狀態(tài)。
圖3是本發(fā)明一實施例中推導井筒彈性區(qū)的應力表達式和位移表達式的方法流程示意圖。如圖3所示，在上述步驟s111中，在所述均勻地應力場作用下，基于所述彈性厚壁圓筒理論，推導所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)及所述圍巖三部分的應力表達式和位移表達式的方法，可包括步驟：
s1111：在所述均勻地應力場作用下，根據所述彈性厚壁圓筒理論，推導在井筒溫度和套管內壓力影響作用下的所述井筒的應力表達式及位移表達式；
s1112：根據所述井筒的應力表達式確定所述套管的應力表達式、所述水泥環(huán)彈性區(qū)的應力表達式及所述圍巖的應力表達式，根據所述井筒的位移表達式確定所述套管的位移表達式、所述水泥環(huán)彈性區(qū)的位移表達式及所述圍巖的位移表達式。
在上述步驟s1111中，同時考慮井筒受井筒溫度和套管內壓力影響，可以得到更能反映井筒真實情況的應力表達式及位移表達式。一個實施例中，井筒溫度可以指：井筒中套管和圍巖的溫度恒定，例如，井筒的套管溫度變化分布可恒為套管內溫度和地層溫度之差，井筒水泥環(huán)的溫度變化分布可以包含套管內溫度和地層溫度之差、水泥環(huán)內外壁半徑等參數(shù)，且可以是關于半徑變量的函數(shù)。
在上述步驟s1112中，可將套管外壁半徑、水泥環(huán)內壁半徑、水泥環(huán)外壁半徑、圍巖內壁半徑分別代入井筒的應力表達式，得到套管外壁應力表達式、水泥環(huán)內壁應力表達式、水泥環(huán)外壁應力表達式、圍巖內壁應力表達式；可將套管外壁半徑、水泥環(huán)內壁半徑、水泥環(huán)外壁半徑、圍巖內壁半徑分別代入井筒的位移表達式，得到套管外壁位移表達式、水泥環(huán)內壁位移表達式、水泥環(huán)外壁位移表達式、圍巖內壁位移表達式。
本實施例中，由于在所述均勻地應力場作用下，根據所述彈性厚壁圓筒理論，推導所述井筒的應力表達式及位移表達式，同時考慮了井筒溫度和套管內壓力影響的，較全面地納入了水泥環(huán)狀態(tài)的影響因素，以此更能反映井底真實工況，可提高水泥環(huán)完整性分析結果的準確度。
圖4是本發(fā)明一實施例中計算井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布的方法流程示意圖。如圖4所示，在上述步驟s120中，利用airy應力函數(shù)，計算得到所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布的方法，可包括步驟：
s121：利用所述airy應力函數(shù)，推導所述井筒在所述非均勻地應力場作用下的應力表達式和位移表達式；
s122：利用所述井筒在所述非均勻地應力場下的應力邊界條件和所述井筒的套管、水泥環(huán)及圍巖間的界面位移連續(xù)條件，求出所述井筒在所述非均勻地應力場作用下的應力表達式和位移表達式中的未知參數(shù)；
s123：將求出的未知參數(shù)相應地代入所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力表達式和位移表達式，得到所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布。
在上述步驟s122中，所述井筒在所述非均勻地應力場下的應力邊界條件可以是，套管內壁徑向應力等于零，套管內壁周向應力等于零，套管外壁徑向應力等于水泥環(huán)內壁非均勻徑向應力，套管外壁周向應力等于水泥環(huán)內壁非均勻周向應力，水泥環(huán)外壁徑向應力等于圍巖內壁徑向應力，水泥環(huán)外壁周向應力等于圍巖內壁周向應力，圍巖外壁徑向應力等于該非均勻地應力中的徑向應力，圍巖外壁周向應力等于該非均勻地應力中周向應力，可如后續(xù)公式(49)～(50)。所述井筒的套管、水泥環(huán)及圍巖間的界面位移連續(xù)條件可以是，套管外壁在非均勻應力作用下引起的徑向位移等于水泥環(huán)內壁在非均勻應力作用下引起的徑向位移，套管外壁在非均勻應力作用下引起的周向位移等于水泥環(huán)內壁在非均勻應力作用下引起的周向位移，水泥環(huán)外壁在非均勻應力作用下引起的徑向位移等于圍巖內壁在非均勻應力作用下引起的徑向位移，水泥環(huán)外壁在非均勻應力作用下引起的周向位移等于圍巖內壁在非均勻應力作用下引起的周向位移。
本實施例中，利用所述airy應力函數(shù)推導井筒在上述非均勻地應力場作用下的應力表達式和位移表達式后，求出表達式中未知參數(shù)，得到所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布，在該過程中，不考慮水泥環(huán)彈塑性變化(已在均勻地應力場中考慮)，可以實現(xiàn)并簡化井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布的計算。
圖5是本發(fā)明一實施例中利用總應力分布及總位移分布分析水泥環(huán)的完整性方法的流程示意圖。如圖5所示，在上述步驟s140中，利用所述的總應力分布及總位移分布分析預測所述水泥環(huán)的完整性的方法，可包括步驟：
s1411：利用套管卸載前內壓力，根據所述的總應力分布及總位移分布，計算得到套管卸載壓力前的水泥環(huán)內壁壓力、水泥環(huán)外壁壓力、水泥環(huán)內壁徑向位移及水泥環(huán)外壁徑向位移；
s1412：利用套管卸載壓力前的水泥環(huán)內壁壓力、水泥環(huán)外壁壓力、水泥環(huán)內壁徑向位移及水泥環(huán)外壁徑向位移，根據所述總位移分布中的所述井筒的彈性區(qū)的位移分布，計算得到套管卸載壓力后的水泥環(huán)內壁徑向位移及水泥環(huán)外壁徑向位移；
s1413：利用所述水泥環(huán)內壁徑向位移、所述水泥環(huán)外壁徑向位移、以及所述井筒的套管、水泥環(huán)及圍巖間的界面徑向位移連續(xù)條件，計算得到所述井筒在所述水泥環(huán)與所述套管發(fā)生脫離的臨界點處的水泥環(huán)內壁壓力及水泥環(huán)外壁壓力，并得到使所述水泥環(huán)與所述套管發(fā)生脫離的臨界點的套管臨界內壓力；
s1414：通過比較套管擬卸載后內壓力和所述套管臨界內壓力，判斷在所述套管擬卸載后內壓力下所述水泥環(huán)與所述套管是否發(fā)生脫離。
在上述步驟s1411中，可將套管卸載前內壓力代入上述總應力分布的公式中，計算得到套管卸載壓力前的水泥環(huán)內壁壓力和水泥環(huán)外壁壓力；可將套管卸載前內壓力代入上述總位移分布，計算得到套管卸載壓力前的水泥環(huán)內壁徑向位移和水泥環(huán)外壁徑向位移。一個實施例中，在將套管卸載前內壓力代入上述總應力分布和上述總位移分布的同時，可以也代入井筒的幾何參數(shù)等，例如水泥環(huán)內外壁半徑、彈性模量、泊松比等。
在上述步驟s1413中，該界面徑向位移連續(xù)條件可以是，在套管內壓力達到卸載后的值時套管外壁處的位移等于在套管內壓力達到卸載后的值時水泥環(huán)內壁處的位移，在套管內壓力達到卸載后的值時水泥環(huán)外壁處的位移等于在套管內壓力達到卸載后的值時圍巖內壁處的位移。其中，套管內壓力達到卸載后的值可以是套管臨界內壓力。使所述水泥環(huán)與所述套管發(fā)生脫離的臨界點的套管臨界內壓力可以通過代入各種不同的套管內壓力值進行試算或反演得到。
在上述步驟s1414中，當套管擬卸載后內壓力小于套管臨界內壓力可以判斷在所述套管擬卸載后內壓力下所述水泥環(huán)與所述套管發(fā)生脫離；當套管擬卸載后內壓力大于或等于套管臨界內壓力可以判斷在所述套管擬卸載后內壓力下所述水泥環(huán)與所述套管沒有發(fā)生脫離。
本實施例中，通過上述總應力分布及總位移分布計算得到套管內壓力卸載前后的水泥環(huán)內外壁壓力，并得到使所述水泥環(huán)與所述套管發(fā)生脫離的臨界點的套管臨界內壓力，以此可以通過比較套管擬卸載后內壓力和所述套管臨界內壓力，分析預測該套管擬卸載后內壓力下，水泥環(huán)與套管是否發(fā)生脫離。
圖6是本發(fā)明另一實施例中利用總應力分布及總位移分布分析水泥環(huán)的完整性方法的流程示意圖。如圖6所示，圖5所示的利用所述的總應力分布及總位移分布分析所述水泥環(huán)的完整性的方法，還可包括步驟：
s1415：根據所述套管臨界內壓力，設定套管實際載后內壓力。
本實施例中，根據上述計算得到的套管臨界內壓力設定套管實際載后內壓力，可以指導施工工程，選擇較佳地套管卸載內壓力，以保證水泥環(huán)不與水泥環(huán)發(fā)生脫離。
圖7是本發(fā)明又一實施例中利用總應力分布及總位移分布分析水泥環(huán)的完整性方法的流程示意圖。如圖7所示，在上述步驟s140中，利用所述的總應力分布及總位移分布分析預測所述水泥環(huán)的完整性的方法，可包括步驟：
s1421：利用套管內壓力，根據所述的總應力分布，計算得到水泥環(huán)內壁應力；
s1422：利用膠接強度測試裝置測量所述水泥環(huán)與所述套管之間的膠結拉力；
s1423：通過比較所述膠結拉力和所述水泥環(huán)內壁應力，判斷所述水泥環(huán)與所述套管是否發(fā)生脫離。
在上述步驟s1421中，可將一套管內壓力代入所述的總應力分布，計算得到水泥環(huán)內壁應力，一個實施例中，可同時代入井筒的幾何參數(shù)等參數(shù)進行計算，其他實施例中，所述的總應力分布可已包含井筒的幾何參數(shù)等參數(shù)值，不需在此處代入。在上述步驟s1422中，該膠接強度測試裝置可以是現(xiàn)有的膠接強度測試裝置，也可以是自行設計的膠接強度測試裝置。
本實施例中，由于考慮了影響水泥環(huán)完整性的多種因素，例如彈、塑性較準確，進而利用井筒的總應力分布可以得到水泥環(huán)內壁應力，并通過比較所述膠結拉力和所述水泥環(huán)內壁應力判斷所述水泥環(huán)與所述套管是否發(fā)生脫離，可以得到能夠反映井底真實公開的結果。
圖8是本發(fā)明再一實施例中利用總應力分布及總位移分布分析水泥環(huán)的完整性方法的流程示意圖。如圖8所示，在上述步驟s140中，利用所述的總應力分布及總位移分布分析預測所述水泥環(huán)的完整性的方法，可包括步驟：
s1431：利用套管設定內壓力，根據所述總位移分布，計算得到水泥環(huán)內壁位移；
s1432：根據所述水泥環(huán)內壁位移和水泥環(huán)內外徑位移差，判斷所述水泥環(huán)進入全彈性、彈塑性或全塑性。
在上述步驟s1432中，可以根據水泥環(huán)內壁位移大于或等于水泥環(huán)內外徑位移差判定水泥環(huán)進入全塑性狀態(tài)，可以根據水泥環(huán)內壁位移小于水泥環(huán)內外徑位移差且大于零，判定水泥環(huán)進入彈塑性狀態(tài)(部分為彈性，部分為塑性)，可以根據水泥環(huán)內壁位移等于零，判定水泥環(huán)進入全彈性狀態(tài)。
本實施例中，利用套管設定內壓力，根據所述總位移分布，計算得到水泥環(huán)內壁位移，并根據所述水泥環(huán)內壁位移和水泥環(huán)內外徑位移差，判斷所述水泥環(huán)的彈塑性狀態(tài)，可以盡可能保證水泥環(huán)處于全彈性狀態(tài)。
圖9是本發(fā)明另一實施例的固井水泥環(huán)完整性分析預測方法的流程示意圖。如圖9所示，該實施例的固井水泥環(huán)完整性分析預測方法，可包括步驟：
s301：將原場任意地應力等效分割成均勻地應力場和非均勻地應力場；
s302：在均勻地應力場作用下，根據彈性厚壁圓筒理論推導出在溫度和壓力影響作用下的圓筒內應力分布和位移表達式；
s303：根據推導出的表達式，求出套管、水泥環(huán)彈性區(qū)、圍巖的應力和位移表達式；
s304：推導水泥環(huán)塑性區(qū)的應力和位移表達式；
s305：根據界面位移連續(xù)，求出上述表達式中的未知參量，從而求得井筒組合體中各點的應力和位移的值；
s306：根據應力函數(shù)推出非均勻地應力場作用下的應力和位移；
s307：將兩部分對應點的應力和位移線性疊加，得到所需要的結果；
s308：在卸載壓力的過程中，分析套管與水泥石的交界面是否分離，并通過膠結強度測試裝置進行校核與驗證。
本發(fā)明實施例的方法，可以計算任意地應力分布下，井筒內受溫度和壓力影響時，彈性套管、彈塑性水泥環(huán)、彈性地層內各點的應力和位移狀態(tài)，預測在井底工況下，固井水泥環(huán)的結構完整性和密封完整性狀態(tài)，同時，從固井水泥石力學性能需求角度出發(fā)，分析結果能夠有力地指導固井水泥漿設計。
圖10是本發(fā)明一實施例中原始地應力場分布示意圖。如圖10所示，原始地應力周向分布σh和原始地應力徑向分布σh均可指向井筒401，原始地應力周向分布σh和原始地應力徑向分布σh的大小可不同。圖11和圖12分別是根據圖10所示的原始地應力場等效分割成的均勻地應力場和非均勻地應力場的分布示意圖。如圖11所示，在均勻地應力場中，井筒周圍的均勻地應力場的周向分布及均勻地應力場的徑向分布可均為
一個具體實施例中，某一區(qū)塊某井，其鉆頭尺寸可為215.9mm，套管壁厚可為12.65mm；套管彈性模量可為30gpa，泊松比可為0.17；水泥環(huán)彈性模量可為9gpa，泊松比可為0.21；地層彈性模量可為20gpa，泊松比可為0.3。在生產期間，尾管下部溫度可由125℃升高至145℃，壓力可由95mpa降至60mpa。
在上述步驟s301中，將原始地應力分布等效分割為考慮溫度、內壓的均勻地應力和非均勻地應力兩種受力情況根據線性疊加原理，如圖11所示，狀態(tài)ι：井筒401受均勻內壓pc，井筒401外部受均勻外壓pf；如圖12所示，狀態(tài)ⅱ：井筒401內部沒有內壓，井筒401外部受非均勻外壓pf'和非均勻剪切力τf。非均勻地應力
一個實施例中，井筒外部受均勻外壓(地層外圧力)pf、井筒外部受非均勻外壓pf'及井筒外部受非均勻剪切力τf可分別表示為：
其中，σh為原始地應力周向分布，單位為mpa；σh為原始地應力徑向分布，單位為mpa；rw為無限大平板內的小孔半徑，單位為m；θ為所求某點與橫坐標的夾角，單位為°(度)；r表示半徑變量，單位為m。
在上述步驟s302中，在均勻地應力場作用下，進行狀態(tài)i分析：
在均勻地應力場作用下，假定套管和圍巖溫度恒定，即厚壁圓筒軸向應變εz＝0，無量綱。一個實施例中，根據彈性厚壁圓筒理論推導出溫度分布δt可為：
其中，tc表示套管內溫度，單位℃；tf表示地層的溫度，單位℃；r1表示套管內半徑，單位m；r2表示套管外半徑(水泥環(huán)內半徑)，單位m；r表示半徑變量；r3表示水泥環(huán)外半徑(圍巖內半徑)，單位m；r4表示地層無限遠處半徑，單位m；當r1≤r≤r2，δt表示套管溫度變化分布；當r2≤r≤r3時，δt表示水泥環(huán)溫度變化分布；當r3≤r≤r4時，δt表示圍巖溫度變化分布。
一個實施例中，在所述均勻地應力場作用下，基于所述彈性厚壁圓筒理論，推導井筒的應力表達式即壓力分布表達式可為：
其中，σr表示厚壁圓筒徑向應力，單位mpa；σθ表示厚壁圓筒周向應力，單位mpa；ri表示厚壁圓筒內半徑，單位m；ro表示厚壁圓筒外半徑，單位m；pi表示厚壁圓筒內壓力，單位mpa；po表示厚壁圓筒外壓力，單位mpa；r表示半徑變量；α表示厚壁圓筒熱膨脹系數(shù)，單位1/m；e表示厚壁圓筒彈性模量，單位gpa；μ表示厚壁圓筒泊松比，無量綱；δt表示厚壁圓筒溫度的變化，單位℃。其中，厚壁圓筒可指上述井筒，各參數(shù)單位可根據需要作相應調整。
一個實施例中，在所述均勻地應力場作用下，基于所述彈性厚壁圓筒理論，推導井筒的位移的表達式可為：
u(r)＝up(r)+ut(r)，(6)
其中，u(r)表示厚壁圓筒徑向位移，單位m；up(r)表示厚壁圓筒由壓力引起的徑向位移，單位m；ut(r)表示厚壁圓筒由溫度引起的徑向位移，單位m；ri表示厚壁圓筒內半徑，單位m；ro表示厚壁圓筒外半徑，單位m；pi表示厚壁圓筒內壓力，單位mpa；po表示厚壁圓筒外壓力，單位mpa；r表示半徑變量；α表示厚壁圓筒熱膨脹系數(shù)，單位1/m；e表示厚壁圓筒彈性模量，單位gpa；μ表示厚壁圓筒泊松比，無量綱；δt表示厚壁圓筒溫度的變化，單位℃。其中，厚壁圓筒可指上述井筒，各參數(shù)單位可根據需要作相應調整。
在上述步驟s303中，根據步驟s302推導出的表達式(5)～(8)，求出套管、水泥環(huán)彈性區(qū)、圍巖的應力和位移表達式。
一個實施例中，套管各點的應力分布可為：
其中，σrc表示套管徑向應力，單位mpa；σθc表示套管周向應力，單位mpa；p1表示套管外壓力，單位mpa；pc表示套管內壓力，單位mpa；r1表示套管內半徑，單位m；r2表示套管外半徑(水泥環(huán)內壁半徑)，單位m；r表示半徑變量。
一個實施例中，套管外壁處的位移urc可為(在r＝r2處)：
其中，urc表示套管徑向位移，單位m；upc表示套管由壓力引起的徑向位移，單位m；utc表示套管由溫度引起的徑向位移，單位m。αc表示套管熱膨脹系數(shù)，單位1/m；ec表示套管彈性模量，單位gpa；μc表示套管泊松比，無量綱；p1表示套管外壓力，單位mpa；pc表示套管內壓力，單位mpa；tc表示套管內溫度，單位℃；tf表示地層的溫度，單位℃；r1表示套管內半徑，單位m；r2表示套管外半徑(水泥環(huán)內壁半徑)，單位m。
一個實施例中，水泥環(huán)彈性區(qū)內各點應力分布可為：
其中，σre表示水泥環(huán)彈性區(qū)徑向應力，單位mpa；σθe表示水泥環(huán)彈性區(qū)周向應力，單位mpa；pp表示水泥環(huán)彈性區(qū)內邊界壓力(水泥環(huán)塑性區(qū)外邊界壓力)，單位mpa；p2表示水泥環(huán)外壓力，單位mpa；rp表示水泥環(huán)彈性區(qū)內邊界半徑(水泥環(huán)塑性區(qū)外邊界半徑)；r3表示水泥環(huán)外半徑，單位m；αe表示水泥環(huán)熱膨脹系數(shù)，單位1/m；ee表示水泥環(huán)彈性模量，單位gpa；μe表示水泥環(huán)泊松比，無量綱；tc表示套管內溫度，單位℃；tf表示地層的溫度，單位℃；r2表示套管外半徑(水泥環(huán)內壁半徑)，單位m；r表示半徑變量。
一個實施例中，水泥環(huán)彈性區(qū)內、外邊界的位移分別可為：
其中，urei表示水泥環(huán)彈性區(qū)內邊界徑向位移，單位m；upei表示水泥環(huán)彈性區(qū)內邊界由壓力引起的徑向位移，單位m；utei表示水泥環(huán)彈性區(qū)內邊界由溫度引起的徑向位移，單位m；ureo表示水泥環(huán)彈性區(qū)外邊界徑向位移，單位m；upeo表示水泥環(huán)彈性區(qū)外邊界由壓力引起的徑向位移，單位m；uteo表示水泥環(huán)彈性區(qū)外邊界由溫度引起的徑向位移，單位m。μe表示水泥環(huán)泊松比，無量綱；ee表示水泥環(huán)彈性模量，單位gpa；αe表示水泥環(huán)熱膨脹系數(shù)，單位1/m；rp表示水泥環(huán)彈性區(qū)內邊界半徑(水泥環(huán)塑性區(qū)外邊界半徑)；r3表示水泥環(huán)外半徑，單位m；pp表示水泥環(huán)彈性區(qū)內邊界壓力(水泥環(huán)塑性區(qū)外邊界壓力)，單位mpa；p2表示水泥環(huán)外壓力，單位mpa。
一個實施例中，圍巖內各點的應力分布可為：
其中，σrf表示地層徑向應力，單位mpa；σθf表示地層周向應力，單位mpa；p2表示水泥環(huán)外壓力，單位mpa；pf表示地層外壓力，單位mpa；r3表示水泥環(huán)外半徑，單位m；r2表示套管外半徑(水泥環(huán)內壁半徑)，單位m；r4表示地層無限遠處半徑，單位m；r表示半徑變量。
一個實施例中，圍巖內壁處的位移urf可為：
其中，urf表示地層徑向位移，單位m；upf表示地層由壓力引起的徑向位移，單位m；utf表示地層由溫度引起的徑向位移，單位m；r3表示圍巖內壁半徑(水泥環(huán)外壁半徑)；ef表示地層彈性模量，單位gpa；μf表示地層泊松比，無量綱；r3表示水泥環(huán)外半徑，單位m；r4表示地層無限遠處半徑，單位m；p2表示水泥環(huán)外壓力，單位mpa；pf表示地層外壓力，單位mpa。
在上述步驟s304中，推導水泥環(huán)塑性區(qū)的應力和位移表達式。進行水泥環(huán)塑性區(qū)(塑性分析)(r2≤r≤rp)，水泥環(huán)的彈性模量為e2，水泥環(huán)的泊松比為μ2，mohr-coulomb準則可為：
其中，σθ表示環(huán)向應力，單位mpa；σr表示徑向應力，單位mpa；a表示常參數(shù)，用于區(qū)分最大、最小主應力，當σθ＞σr時，a＝1；當σθ≤σr時，a＝-1；
將公式(24)變形可得：
一個實施例中，彈性厚壁圓筒理論平衡方程可為：
其中，σθ表示環(huán)向應力，單位mpa；σr表示徑向應力，單位mpa；r表示半徑變量。
由公式(25)和公式(26)可得到微分方程：
其中，σθ表示環(huán)向應力，單位mpa；σr表示徑向應力，單位mpa；r表示半徑變量，m；c為粘聚力，mpa；
求解微分方程公式(27)可得到：
其中，σθ表示環(huán)向應力，單位mpa；σr表示徑向應力，單位mpa；c為粘聚力；r表示半徑變量；b為系數(shù)，
對于公式(28)，假設滿足邊界條件：當r＝rp時，σr＝-pp，則水泥環(huán)塑性區(qū)外邊界壓力(水泥環(huán)彈性區(qū)內邊界壓力)pp可為：
其中，pp表示水泥環(huán)彈性區(qū)內邊界壓力(水泥環(huán)塑性區(qū)外邊界壓力)；c為粘聚力；b為系數(shù)，
一個實施例中，不考慮塑性體應變，由體積彈性定律可得：
其中：εr表示徑向應變；εθ表示周向應變；μ2表示水泥環(huán)的泊松比；e2表示水泥環(huán)的彈性模量；σθ表示環(huán)向應力，單位mpa；σr表示徑向應力，單位mpa；σz＝μ2(σr+σθ)，σz表示軸向應力。
一個實施例中，幾何方程可為：
其中，εr表示徑向應變；εθ表示周向應變；u表示位移變量；r表示半徑變量；μ2表示水泥環(huán)的泊松比；e2表示水泥環(huán)的彈性模量；b為系數(shù)，
對公式(31)積分可得：
其中，u表示位移變量；μ2表示水泥環(huán)的泊松比；e2表示水泥環(huán)的彈性模量；c為粘聚力；
一個實施例中，
塑性環(huán)內邊界位移ucpi可為：
塑性環(huán)外邊界位移可為：
其中，μ2表示水泥環(huán)的泊松比；e2表示水泥環(huán)的彈性模量；p1表示套管外壓力，單位mpa；r表示半徑變量；k為積分常數(shù)；c為粘聚力；
在上述步驟s305中，根據界面位移連續(xù)，求出上述表達式中的未知參量，從而求得組合體中各點的應力和位移的值，根據本實施例的數(shù)據建立如下邊界條件：
urc＝urpi，(35)
urpo＝urei，(36)
ureo＝urf，(37)
其中，urc表示套管徑向位移(套管外壁位移)，單位m；urpi表示水泥環(huán)塑性區(qū)由壓力引起的徑向位移(水泥環(huán)塑性區(qū)內邊界位移)，單位m；urpo表示水泥環(huán)塑性區(qū)外邊界位移；urei表示水泥環(huán)彈性區(qū)內邊界徑向位移，單位m；ureo表示水泥環(huán)彈性區(qū)外邊界徑向位移，單位m；urf表示圍巖外壁位移。
一個實施例中，將計算得到的彈塑性邊界rp與泥環(huán)外邊界半徑r3進行比較，如果rp大于r3，則可說明在該條件下水泥環(huán)已經入全塑性狀態(tài)。
在上述步驟s306中，狀態(tài)ⅱ分析：根據airy應力函數(shù)推出非均勻地應力場作用下的應力和位移。
套管內壁(r＝r1時)應力可滿足：
套管外壁(r＝r2時)應力可為：
套管在非均勻應力作用下引起的徑向位移及周向位移可為：
其中，bc、cc、dc、ac為未知參數(shù)；θ表示軸向變量；σrco表示套管外壁的非均勻徑向應力，單位mpa；τrθco表示套管外壁的非均勻周應力，單位mpa；r1表示套管內半徑，單位m；urco表示套管在非均勻應力作用下引起的徑向位移，單位m；uθco表示套管在非均勻應力作用下引起的徑向位移，單位m；μc表示套管泊松比；ec表示套管彈性模量；r2表示套管外半徑(水泥環(huán)內壁半徑)。
水泥環(huán)內壁(r＝r2時)應力可為：
水泥環(huán)內壁位移可為：
水泥環(huán)外壁(r＝r3時)應力可為：
水泥環(huán)外壁位移可為：
其中，σri表示水泥環(huán)內壁的非均勻徑向應力，單位mpa；τrθi表示水泥環(huán)內壁的非均勻切應力，單位mpa；b、c、a、d表示未知參數(shù)；θ表示軸向變量；r2表示套管外半徑(水泥環(huán)內壁半徑)，單位m；uri表示水泥環(huán)在非均勻應力作用下引起的徑向位移，單位m；uθi表示水泥環(huán)在非均勻應力作用下引起的周向位移，單位m；μ表示厚壁圓筒泊松比，無量綱；e表示厚壁圓筒彈性模量，單位gpa。σro表示水泥環(huán)外壁的非均勻徑向應力，單位mpa；τrθo表示水泥環(huán)外壁的非均勻切應力，單位mpa；r3水泥環(huán)外徑；uro表示水泥環(huán)在非均勻應力作用下引起的徑向位移，單位m；uθo表示水泥環(huán)在非均勻應力作用下引起的周向位移，單位m。
圍巖內壁(r＝r3時)應力可為：
圍巖內壁位移可為：
圍巖外壁(r＝r4時)應力可滿足：
其中，σrfi表示圍巖內壁的非均勻徑向應力，單位mpa；τrθfi表示圍巖內壁的非均勻周向應力，單位mpa；bf、cf、df、af表示未知參數(shù)；r3表示水泥環(huán)外壁，urfi圍巖內壁非均勻徑向位移；uθfi圍巖內壁非均勻周向位移；μf圍巖泊松比；ef圍巖彈性模量；θ周向位移變量；σh表示原始地應力徑向分布，單位mpa；σh表示原始地應力周向分布，單位mpa；r4表示地層無限遠處半徑，單位m。
建立邊界條件可為：
其中，σr表示井筒徑向應力，單位mpa；τrθ表示井筒周向應力；pf'表示井筒外部受均勻外壓，單位mpa；τf表示井筒外部受非均勻剪切力，單位mpa；σrco表示套管外壁的非均勻徑向應力，單位mpa；σri表示水泥環(huán)內壁的非均勻徑向應力，單位mpa；τrθco表示套管外壁剪切力；τrθi表示水泥環(huán)內壁剪切力；σro表示水泥環(huán)外壁的非均勻徑向應力，單位mpa；σrfi表示水泥環(huán)內壁的非均勻徑向應力，單位mpa；τrθoτrθfiurco表示套管外壁徑向位移；uri表示水泥環(huán)在非均勻地應力下引起的徑向位移；uθco表示套管內壁周向位移；uθi表示水泥環(huán)在非均勻地應力下引起的周向位移；uro表示水泥環(huán)在非均勻地應力下引起的徑向位移；urfi表示水泥環(huán)在非均勻地應力下引起的徑向位移；uθo表示水泥環(huán)在非均勻地應力下引起的周向位移；uθfi表示水泥環(huán)在非均勻地應力下引起的周向位移；r1表示套管內半徑，單位m；r2表示套管外半徑(水泥環(huán)內壁半徑)，單位m；r3表示水泥環(huán)外半徑，單位m；r4表示地層無限遠處半徑，單位m。
利用上述邊界條件公式(49)～(51)，求得公式(40)～(48)中的未知參數(shù)b、c、a、d、bc、cc、dc、ac、bf、cf、df、af，可得到套管、水泥環(huán)、圍巖的應力分布。
αf表示地層熱膨脹系數(shù)，單位1/m；εz表示厚壁圓筒軸向應變，無量綱。
在上述步驟s307中，將兩部分(狀態(tài)ι和狀態(tài)ⅱ)對應點的應力和位移線性疊加，便得到要求的結果。
在上述步驟s308中，在卸載壓力的過程中，分析套管與水泥石的交界面是否分離。假定套管內壓力先升高至pcm(壓力最高點)，此時水泥環(huán)內壁處壓力p1m、水泥環(huán)外壁受力p2m、水泥環(huán)內壁位移urim、外壁位移urom等參數(shù)，均可由以上公式求解。其后套管內壓力卸載至pcn，對應水泥環(huán)內壁處壓力p1n、外壁處壓力p2n等參數(shù)，需要重新求解。文中下角標m代表卸載的初始狀態(tài)(對應套管內壓pcm)、下角標n代表內壓卸載至pcn對應狀態(tài)。
套管為彈性體，卸載后受內壓pcn、外壓p1n。其外壁處的徑向位移urcn為：
其中，參數(shù)f1、f2、f3可由公式(52)中等號右邊上下兩式整理對比得到。
同理可得圍巖內壁的徑向位移upeo為：
其中，參數(shù)f10、f11可由公式(53)中等號右邊上下兩式整理對比得到。
對水泥環(huán)，卸載后，內壁受p1n，外壁受p2n，則水泥環(huán)內壁的徑向位移urin為加載時產生的位移urim(塑性區(qū)內邊界位移)與卸載時內壁的形變改變量u'rin之和，即
其中，參數(shù)f4、f5、f6可由公式(54)中等號右邊上下兩式整理對比得到。
同理可得水泥環(huán)外壁的徑向位移uron為：
其中，參數(shù)f7、f8、f9可由公式(55)中等號右邊上下兩式整理對比得到。
在發(fā)生脫離前，套管、水泥環(huán)、圍巖仍緊密接觸，井筒組合體滿足界面處徑向位移連續(xù)條件，即：
可解得：
其中：參數(shù)l1、l2可為：
l1＝f1pcn+f3+f4p1m-f5p2m-f6-urim，
l2＝f7p1m-f11pf-f8p2m-f9-urom。
由公式(57)可以計算得到卸載壓力后剛好發(fā)生脫離時水泥環(huán)內壁壓力p1n，由公式(58)可以計算得到卸載后剛好發(fā)生脫離時水泥環(huán)外壁壓力p2n，即可得到臨界狀態(tài)的水泥環(huán)內、外壁壓力，以此可指導工程，設置合適的卸載后套管內壓力，以保證水泥環(huán)不發(fā)生脫離。
根據該工程問題的實際數(shù)據，通過以上計算方法，得到：該井在該工況下，水泥環(huán)進入全塑性階段，發(fā)生全塑性變形。根據全塑性模型計算得出：卸載后第一界面拉應力為p1n＝47.9930mpa；卸載后第二界面拉應力為p2n＝44.7018mpa。
上述各實施例中，各參數(shù)單位可根據需要作相應調整，相同符號可表示相同含義。
本發(fā)明實施例的固井水泥環(huán)完整性分析預測方法，通過根據線性疊加原理，將原始地應力場分為均勻地應力場和非均勻地應力場，可使得在該均勻地應力場作用下，容易地計算得到井筒彈性區(qū)的應力分布及位移分布和井筒塑性區(qū)的應力分布及位移分布，以此可以克服直接根據非均勻的原始地應力場難以同時計算出井筒彈性區(qū)及塑性區(qū)的應力分布及位移分布的困難，實現(xiàn)全面考慮井筒的彈、塑性，從而可以更真實地反映井筒水泥環(huán)的情況。進一步，在所述均勻地應力場作用下，同時考慮井筒受井筒溫度和套管內壓力影響，可以得到更能反映井筒真實情況的應力表達式及位移表達式，從而可以更好地反映井底真實工況。利用本發(fā)明可以分析和預測固井過程中的井筒完整性，并通過反演或者試算，能夠指導某一區(qū)塊水泥環(huán)應具有的力學性能要求，從而指導該區(qū)塊的固井水泥漿設計。
基于與圖1所示的固井水泥環(huán)完整性分析預測方法相同的發(fā)明構思，本申請實施例還提供了一種固井水泥環(huán)完整性分析預測裝置，如下面實施例所述。由于該固井水泥環(huán)完整性分析預測裝置解決問題的原理與固井水泥環(huán)完整性分析預測方法相似，因此該固井水泥環(huán)完整性分析預測裝置的實施可以參見固井水泥環(huán)完整性分析預測方法的實施，重復之處不再贅述。
圖13是本發(fā)明一實施例的固井水泥環(huán)完整性分析預測裝置的結構示意圖。如圖13所示，本發(fā)明實施例的固井水泥環(huán)完整性分析預測裝置，可包括：均勻應力場下應力及位移分布獲取單元210、非均勻應力場下應力及位移分布獲取單元220、總應力及總位移分布獲取單元230及水泥環(huán)完整性分析單元240，上述各單元順序連接。
均勻應力場下應力及位移分布獲取單元210用于執(zhí)行：在均勻地應力場作用下，分別基于彈性厚壁圓筒理論和mohr-coulomb塑性屈服準則，計算得到井筒的彈性區(qū)的應力分布及位移分布和所述井筒的塑性區(qū)的應力分布及位移分布，所述井筒包括由內到外分布的套管、水泥環(huán)及圍巖。
非均勻應力場下應力及位移分布獲取單元220用于執(zhí)行：利用airy應力函數(shù)，計算得到所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布，所述均勻地應力場和所述非均勻地應力場線性疊加結果為原始地應力場。
總應力及總位移分布獲取單元230用于執(zhí)行：利用所述井筒的彈性區(qū)的應力分布及位移分布、所述井筒的塑性區(qū)的應力分布及位移分布、以及所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布，通過線性疊加得到所述井筒的總應力分布及總位移分布。
水泥環(huán)完整性分析單元240用于執(zhí)行：利用所述的總應力分布及總位移分布分析預測所述水泥環(huán)的完整性。
在上述均勻應力場下應力及位移分布獲取單元210中，在均勻地應力場作用下，基于彈性厚壁圓筒理論計算得到井筒的彈性區(qū)的應力分布及位移分布；在均勻地應力場作用下，基于mohr-coulomb塑性屈服準則計算得到該井筒的塑性區(qū)的應力分布及位移分布。該mohr-coulomb塑性屈服準則是指以mohr-coulomb準則作為井筒(例如其中水泥環(huán))的塑性屈服準則。井筒中的套管、水泥環(huán)及圍巖一般由內到外同中心軸設置，具體可視井的設計而定。
在上述非均勻應力場下應力及位移分布獲取單元220中，在非均勻地應力場作用下，利用airy應力函數(shù)，計算得到該井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布。該均勻地應力場可以是大小相等且均指向井筒軸心的應力的場，一般是原始地應力場的分量。該非均勻地應力場可以是大小相等但方向不同的應力的場，例如，其中部分應力指向井筒的軸心，其余部分應力背離井筒的軸心。一般，所述均勻地應力場和所述非均勻地應力場線性疊加結果為原始地應力場，該原始地應力場可以是原場任意地應力。一個實施例中，可通過等效分割該原始地應力場，得到均勻地應力場和非均勻地應力場。
該應力分布及位移分布可以以各種方式表示，較佳實施例中，該應力分布為井筒的徑向應力分布，該位移分布為井筒的徑向位移，該位移是指位移改變量，例如徑向位移改變量。將原始地應力等效分割為均勻地應力場和非均勻地應力場后，較佳實施例中，該非均勻地應力場所對應的套管內壓力為零(該均勻地應力場可對應實際套管內壓力)以此可以簡化此處未知參數(shù)的求解。
在上述總應力及總位移分布獲取單元230中，利用所述井筒的彈性區(qū)的應力分布、所述井筒的塑性區(qū)的應力分布、及所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布，可以疊加得到該井筒的總應力分布；利用所述井筒的彈性區(qū)的位移分布、所述井筒的塑性區(qū)的位移分布、以及所述井筒在非均勻地應力場作用下的位移分布，可以疊加得到該井筒的總位移分布。
在上述水泥環(huán)完整性分析單元240中，該水泥環(huán)的完整性可包括結構完整性和密封完整性，例如可指水泥環(huán)與套管是否脫離。利用疊加得到的總應力分布及總位移分布分析井筒的水泥環(huán)的完整性，可以預測一定施工情況下的水泥環(huán)的狀態(tài)，也可以根據分析結果知道施工工程。
本發(fā)明實施例中，通過根據線性疊加原理，將原始地應力場分為所述均勻地應力場和所述非均勻地應力場，可使得在該均勻地應力場作用下，容易地計算得到井筒彈性區(qū)的應力分布及位移分布和井筒塑性區(qū)的應力分布及位移分布，以此可以克服直接根據非均勻的原始地應力場難以同時計算出井筒彈性區(qū)及塑性區(qū)的應力分布及位移分布的困難，實現(xiàn)全面考慮井筒的彈、塑性，從而可以更真實地反映井筒水泥環(huán)的情況。
一個實施例中，該井筒的彈性區(qū)可包括套管、水泥環(huán)彈性區(qū)及圍巖，該井筒的塑性區(qū)可包括水泥環(huán)塑性區(qū)。井筒的套管和圍巖可視為彈性的，井筒的水泥環(huán)可視為彈塑性的，以此更符合水泥環(huán)的實際情況，可以克服現(xiàn)有技術中例如僅將水泥環(huán)視為彈性的而導致分析結果出現(xiàn)偏差的問題。
圖14是本發(fā)明一實施例中均勻應力場下應力及位移分布獲取單元的結構示意圖。如圖14所示，所述均勻應力場下應力及位移分布獲取單元210，可包括：均勻應力場下應力及位移表達式建立模塊211、第一未知參數(shù)獲取模塊212及均勻應力場下應力及位移分布獲取模塊213，上述各模塊順序連接。
均勻應力場下應力及位移表達式建立模塊211用于執(zhí)行：在所述均勻地應力場作用下，基于所述彈性厚壁圓筒理論，推導所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)及所述圍巖三部分的應力表達式和位移表達式，利用所述mohr-coulomb塑性屈服準則、水泥環(huán)彈塑性邊界條件及彈性厚壁圓筒理論平衡方程，推導所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式。
第一未知參數(shù)獲取模塊212用于執(zhí)行：利用所述套管、所述水泥環(huán)及所述圍巖間的界面位移連續(xù)邊界條件，求出所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)及所述圍巖三部分的應力表達式和位移表達式中的未知參數(shù)，以及所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式中的未知參數(shù)。
均勻應力場下應力及位移分布獲取模塊213用于執(zhí)行：將求出的未知參數(shù)相應地代入所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)、所述圍巖及所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式，得到所述井筒的彈性區(qū)的應力分布及位移分布和所述井筒的塑性區(qū)的應力分布及位移分布。
在上述均勻應力場下應力及位移表達式建立模塊211中，該水泥環(huán)彈塑性邊界條件一般是指水泥環(huán)彈性區(qū)進入水泥環(huán)塑性區(qū)的臨界條件，可通過對水泥環(huán)進行彈塑性邊界分析得到。
在上述第一未知參數(shù)獲取模塊212中，在套管、水泥環(huán)及圍巖三者緊貼的情況下，套管、水泥環(huán)及圍巖間的界面位移連續(xù)邊界條件，一般可指套管外壁位移等于水泥環(huán)內壁位移，水泥環(huán)外壁位移等于圍巖內壁位移。所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)及所述圍巖三部分的應力表達式和位移表達式中的未知參數(shù)，以及所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式中的未知參數(shù)，可以是不同通過測井數(shù)據、試驗測量等方式獲得的參量。所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)及所述圍巖三部分的應力表達式和位移表達式中，以及所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式中，還可以含有多個已知參數(shù)，該些已知參數(shù)可以通過測井數(shù)據、試驗測量等方式獲得，例如彈性模量、泊松比、套管壁厚等參數(shù)。該些已知參數(shù)的值可以在獲取總應力分布及總位移分布的一開始的步驟中就代入進行后續(xù)計算，或者可以在得到總應力分布及總位移分布后再代入計算所需結果。
本實施例中，在所述均勻地應力場作用下，基于所述彈性厚壁圓筒理論，推導所述套管、所述水泥環(huán)彈性區(qū)及所述圍巖三部分的應力表達式和位移表達式后，在所述均勻地應力場作用下，創(chuàng)造性地利用所述mohr-coulomb塑性屈服準則、水泥環(huán)彈塑性邊界條件及彈性厚壁圓筒理論平衡方程，推導所述水泥環(huán)塑性區(qū)的應力表達式和位移表達式，其中由于獨創(chuàng)性地使用了水泥環(huán)彈塑性邊界條件及彈性厚壁圓筒理論平衡方程可以將水泥環(huán)彈性區(qū)和水泥環(huán)塑性區(qū)有效地結合起來，從而實現(xiàn)全面考慮水泥環(huán)的彈塑性狀態(tài)。
圖15是本發(fā)明一實施例中均勻應力場下應力及位移表達式建立模塊的結構示意圖。如圖15所示，所述均勻應力場下應力及位移表達式建立模塊211，可包括：井筒應力及位移表達式建立模塊2111和彈性區(qū)應力及位移表達式建立模塊2112，二者相互連接。
井筒應力及位移表達式建立模塊2111用于執(zhí)行：在所述均勻地應力場作用下，根據所述彈性厚壁圓筒理論，推導在井筒溫度和套管內壓力影響作用下的所述井筒的應力表達式及位移表達式。
彈性區(qū)應力及位移表達式建立模塊2112用于執(zhí)行：根據所述井筒的應力表達式確定所述套管的應力表達式、所述水泥環(huán)彈性區(qū)的應力表達式及所述圍巖的應力表達式，根據所述井筒的位移表達式確定所述套管的位移表達式、所述水泥環(huán)彈性區(qū)的位移表達式及所述圍巖的位移表達式。
在上述井筒應力及位移表達式建立模塊2111中，同時考慮井筒受井筒溫度和套管內壓力影響，可以得到更能反映井筒真實情況的應力表達式及位移表達式。一個實施例中，井筒溫度可以指：井筒中套管和圍巖的溫度恒定，例如，井筒的套管溫度變化分布可恒為套管內溫度和地層溫度之差，井筒水泥環(huán)的溫度變化分布可以包含套管內溫度和地層溫度之差、水泥環(huán)內外壁半徑等參數(shù)，且可以是關于半徑變量的函數(shù)。
在上述彈性區(qū)應力及位移表達式建立模塊2112中，可將套管外壁半徑、水泥環(huán)內壁半徑、水泥環(huán)外壁半徑、圍巖內壁半徑分別代入井筒的應力表達式，得到套管外壁應力表達式、水泥環(huán)內壁應力表達式、水泥環(huán)外壁應力表達式、圍巖內壁應力表達式；可將套管外壁半徑、水泥環(huán)內壁半徑、水泥環(huán)外壁半徑、圍巖內壁半徑分別代入井筒的位移表達式，得到套管外壁位移表達式、水泥環(huán)內壁位移表達式、水泥環(huán)外壁位移表達式、圍巖內壁位移表達式。
本實施例中，由于在所述均勻地應力場作用下，根據所述彈性厚壁圓筒理論，推導所述井筒的應力表達式及位移表達式，同時考慮了井筒溫度和套管內壓力影響的，較全面地納入了水泥環(huán)狀態(tài)的影響因素，以此更能反映井底真實工況，可提高水泥環(huán)完整性分析結果的準確度。
圖16是本發(fā)明一實施例中非均勻應力場下應力及位移分布獲取單元的結構示意圖。如圖16所示，所述非均勻應力場下應力及位移分布獲取單元220，可包括：非均勻應力場下應力及位移分布表達式建立模塊221、第二未知參數(shù)222及非均勻應力場下應力及位移分布獲取模塊223，上述各模塊順序連接。
非均勻應力場下應力及位移分布表達式建立模塊221用于執(zhí)行：利用所述airy應力函數(shù)，推導所述井筒在所述非均勻地應力場作用下的應力表達式和位移表達式。
第二未知參數(shù)222用于執(zhí)行：利用所述井筒在所述非均勻地應力場下的應力邊界條件和所述井筒的套管、水泥環(huán)及圍巖間的界面位移連續(xù)條件，求出所述井筒在所述非均勻地應力場作用下的應力表達式和位移表達式中的未知參數(shù)。
非均勻應力場下應力及位移分布獲取模塊223用于執(zhí)行：將求出的未知參數(shù)相應地代入所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力表達式和位移表達式，得到所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布。
在上述第二未知參數(shù)222中，所述井筒在所述非均勻地應力場下的應力邊界條件可以是，套管內壁徑向應力等于零，套管內壁周向應力等于零，套管外壁徑向應力等于水泥環(huán)內壁非均勻徑向應力，套管外壁周向應力等于水泥環(huán)內壁非均勻周向應力，水泥環(huán)外壁徑向應力等于圍巖內壁徑向應力，水泥環(huán)外壁周向應力等于圍巖內壁周向應力，圍巖外壁徑向應力等于該非均勻地應力中的徑向應力，圍巖外壁周向應力等于該非均勻地應力中周向應力，可如公式(49)～(50)。所述井筒的套管、水泥環(huán)及圍巖間的界面位移連續(xù)條件可以是，套管外壁在非均勻應力作用下引起的徑向位移等于水泥環(huán)內壁在非均勻應力作用下引起的徑向位移，套管外壁在非均勻應力作用下引起的周向位移等于水泥環(huán)內壁在非均勻應力作用下引起的周向位移，水泥環(huán)外壁在非均勻應力作用下引起的徑向位移等于圍巖內壁在非均勻應力作用下引起的徑向位移，水泥環(huán)外壁在非均勻應力作用下引起的周向位移等于圍巖內壁在非均勻應力作用下引起的周向位移。
本實施例中，利用所述airy應力函數(shù)推導井筒在上述非均勻地應力場作用下的應力表達式和位移表達式后，求出表達式中未知參數(shù)，得到所述井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布，在該過程中，不考慮水泥環(huán)彈塑性變化(已在均勻地應力場中考慮)，可以實現(xiàn)并簡化井筒在非均勻地應力場作用下的應力分布及位移分布的計算。
圖17是本發(fā)明一實施例中水泥環(huán)完整性分析單元的結構示意圖。如圖17所示，所述水泥環(huán)完整性分析單元240，可包括：卸載壓力前壓力及位移獲取模塊2411、卸載壓力后位移獲取模塊2412、套管臨界內壓力獲取模塊2413及第一水泥環(huán)完整性判斷模塊2414，上述各模塊順序連接。
卸載壓力前壓力及位移獲取模塊2411用于執(zhí)行：利用套管卸載前內壓力，根據所述的總應力分布及總位移分布，計算得到套管卸載壓力前的水泥環(huán)內壁壓力、水泥環(huán)外壁壓力、水泥環(huán)內壁徑向位移及水泥環(huán)外壁徑向位移。
卸載壓力后位移獲取模塊2412用于執(zhí)行：利用套管卸載壓力前的水泥環(huán)內壁壓力、水泥環(huán)外壁壓力、水泥環(huán)內壁徑向位移及水泥環(huán)外壁徑向位移，根據所述總位移分布中的所述井筒的彈性區(qū)的位移分布，計算得到套管卸載壓力后的水泥環(huán)內壁徑向位移及水泥環(huán)外壁徑向位移。
套管臨界內壓力獲取模塊2413用于執(zhí)行：利用所述水泥環(huán)內壁徑向位移、所述水泥環(huán)外壁徑向位移、以及所述井筒的套管、水泥環(huán)及圍巖間的界面徑向位移連續(xù)條件，計算得到所述井筒在所述水泥環(huán)與所述套管發(fā)生脫離的臨界點處的水泥環(huán)內壁壓力及水泥環(huán)外壁壓力，并得到使所述水泥環(huán)與所述套管發(fā)生脫離的臨界點的套管臨界內壓力。
第一水泥環(huán)完整性判斷模塊2414用于執(zhí)行：通過比較套管擬卸載后內壓力和所述套管臨界內壓力，判斷在所述套管擬卸載后內壓力下所述水泥環(huán)與所述套管是否發(fā)生脫離。
在上述卸載壓力前壓力及位移獲取模塊2411中，可將套管卸載前內壓力代入上述總應力分布的公式中，計算得到套管卸載壓力前的水泥環(huán)內壁壓力和水泥環(huán)外壁壓力；可將套管卸載前內壓力代入上述總位移分布，計算得到套管卸載壓力前的水泥環(huán)內壁徑向位移和水泥環(huán)外壁徑向位移。一個實施例中，在將套管卸載前內壓力代入上述總應力分布和上述總位移分布的同時，可以也代入井筒的幾何參數(shù)等，例如水泥環(huán)內外壁半徑、彈性模量、泊松比等。
在上述套管臨界內壓力獲取模塊2413中，該界面徑向位移連續(xù)條件可以是，在套管內壓力達到卸載后的值時套管外壁處的位移等于在套管內壓力達到卸載后的值時水泥環(huán)內壁處的位移，在套管內壓力達到卸載后的值時水泥環(huán)外壁處的位移等于在套管內壓力達到卸載后的值時圍巖內壁處的位移。其中，套管內壓力達到卸載后的值可以是套管臨界內壓力。使所述水泥環(huán)與所述套管發(fā)生脫離的臨界點的套管臨界內壓力可以通過代入各種不同的套管內壓力值進行試算或反演得到。
在上述第一水泥環(huán)完整性判斷模塊2414中，當套管擬卸載后內壓力小于套管臨界內壓力可以判斷在所述套管擬卸載后內壓力下所述水泥環(huán)與所述套管發(fā)生脫離；當套管擬卸載后內壓力大于或等于套管臨界內壓力可以判斷在所述套管擬卸載后內壓力下所述水泥環(huán)與所述套管沒有發(fā)生脫離。
本實施例中，通過上述總應力分布及總位移分布計算得到套管內壓力卸載前后的水泥環(huán)內外壁壓力，并得到使所述水泥環(huán)達到彈塑性轉換臨界點的套管臨界內壓力，以此可以預測在該套管擬卸載后內壓力下，水泥環(huán)與套管是否發(fā)生脫離。
圖18是本發(fā)明另一實施例中水泥環(huán)完整性分析單元的結構示意圖。如圖18所示，所述水泥環(huán)完整性分析單元240，還可包括：套管卸載后內壓力設定模塊2415，與上述第一水泥環(huán)完整性判斷模塊2414連接。
套管卸載后內壓力設定模塊2415用于執(zhí)行：根據所述套管臨界內壓力，設定套管實際卸載后內壓力。
本實施例中，根據上述計算得到的套管臨界內壓力設定套管實際載后內壓力，可以指導施工工程，選擇較佳地套管卸載內壓力，以保證水泥環(huán)不與水泥環(huán)發(fā)生脫離。
圖19是本發(fā)明又一實施例中水泥環(huán)完整性分析單元的結構示意圖。如圖19所示，所述水泥環(huán)完整性分析單元240，可包括：水泥環(huán)內壁應力獲取模塊2421、膠結拉力獲取模塊2422及第二水泥環(huán)完整性判斷模塊2423，上述各模塊順序連接。
水泥環(huán)內壁應力獲取模塊2421用于執(zhí)行：利用套管內壓力，根據所述的總應力分布，計算得到水泥環(huán)內壁應力。
膠結拉力獲取模塊2422用于執(zhí)行：利用膠接強度測試裝置測量所述水泥環(huán)與所述套管之間的膠結拉力。
第二水泥環(huán)完整性判斷模塊2423用于執(zhí)行：通過比較所述膠結拉力和所述水泥環(huán)內壁應力，判斷所述水泥環(huán)與所述套管是否發(fā)生脫離。
在上述水泥環(huán)內壁應力獲取模塊2421中，可將一套管內壓力代入所述的總應力分布，計算得到水泥環(huán)內壁應力，一個實施例中，可同時代入井筒的幾何參數(shù)等參數(shù)進行計算，其他實施例中，所述的總應力分布可已包含井筒的幾何參數(shù)等參數(shù)值，不需在此處代入。在上述膠結拉力獲取模塊2422中，該膠接強度測試裝置可以是現(xiàn)有的膠接強度測試裝置，也可以是自行設計的膠接強度測試裝置。
本實施例中，由于考慮了影響水泥環(huán)完整性的多種因素，例如彈、塑性較準確，進而利用井筒的總應力分布可以得到水泥環(huán)內壁應力，并通過比較所述膠結拉力和所述水泥環(huán)內壁應力判斷所述水泥環(huán)與所述套管是否發(fā)生脫離，可以得到能夠反映井底真實公開的結果。
圖20是本發(fā)明再一實施例中水泥環(huán)完整性分析單元的結構示意圖。如圖20所示，所述水泥環(huán)完整性分析單元240，可包括：水泥環(huán)內壁位移獲取模塊2431和水泥環(huán)彈塑性狀態(tài)判斷模塊2432，二者相互連接。
水泥環(huán)內壁位移獲取模塊2431用于執(zhí)行：利用套管設定內壓力，根據所述總位移分布，計算得到水泥環(huán)內壁位移。
水泥環(huán)彈塑性狀態(tài)判斷模塊2432用于執(zhí)行：根據所述水泥環(huán)內壁位移和水泥環(huán)內外徑位移差，判斷所述水泥環(huán)進入全彈性、彈塑性或全塑性。
在上述水泥環(huán)彈塑性狀態(tài)判斷模塊2432中，可以根據水泥環(huán)內壁位移大于或等于水泥環(huán)內外徑位移差判定水泥環(huán)進入全塑性狀態(tài)，可以根據水泥環(huán)內壁位移小于水泥環(huán)內外徑位移差且大于零，判定水泥環(huán)進入彈塑性狀態(tài)(部分為彈性，部分為塑性)，可以根據水泥環(huán)內壁位移等于零，判定水泥環(huán)進入全彈性狀態(tài)。
本實施例中，利用套管設定內壓力，根據所述總位移分布，計算得到水泥環(huán)內壁位移，并根據所述水泥環(huán)內壁位移和水泥環(huán)內外徑位移差，判斷所述水泥環(huán)的彈塑性狀態(tài)，可以盡可能保證水泥環(huán)處于全彈性狀態(tài)。
本發(fā)明實施例的固井水泥環(huán)完整性分析預測裝置，通過根據線性疊加原理，將原始地應力場分為均勻地應力場和非均勻地應力場，可使得在該均勻地應力場作用下，容易地計算得到井筒彈性區(qū)的應力分布及位移分布和井筒塑性區(qū)的應力分布及位移分布，以此可以克服直接根據非均勻的原始地應力場難以同時計算出井筒彈性區(qū)及塑性區(qū)的應力分布及位移分布的困難，實現(xiàn)全面考慮井筒的彈、塑性，從而可以更真實地反映井筒水泥環(huán)的情況。進一步，在所述均勻地應力場作用下，同時考慮井筒受井筒溫度和套管內壓力影響，可以得到更能反映井筒真實情況的應力表達式及位移表達式，從而可以更好地反映井底真實工況。利用本發(fā)明可以分析和預測固井過程中的井筒完整性，并通過反演或者試算，能夠指導某一區(qū)塊水泥環(huán)應具有的力學性能要求，從而指導該區(qū)塊的固井水泥漿設計。
對于上述各實施例的固井水泥環(huán)完整性分析預測方法，在上述步驟s1422中，可以利用各種膠接強度測試裝置測量所述水泥環(huán)與所述套管之間的膠結拉力。對于上述固井水泥環(huán)完整性分析預測裝置，在上述膠結拉力獲取模塊2422中，可以利用各種膠接強度測試裝置測量所述水泥環(huán)與所述套管之間的膠結拉力，從而實現(xiàn)該膠結拉力獲取模塊2422的功能。例如，上述膠接強度測試裝置可以是如后續(xù)所述的各實施例的膠接強度測試裝置。后續(xù)所述的各實施例的膠接強度測試裝置可以包括下述各實施例的固井一界面膠結強度養(yǎng)護裝置中的膠結主體。
圖21是本發(fā)明一實施例的固井一界面膠結強度養(yǎng)護裝置中膠結主體的立體結構示意圖。圖22是本發(fā)明一實施例中膠結主體的立體結構示意圖。圖23是圖22所示膠結主體的立體分解結構示意圖。如圖21、圖22和圖23所示，固井一界面膠結強度養(yǎng)護裝置可包括至少一個膠結主體100。膠結主體100可包括：養(yǎng)護筒101、下部密封體102及上部密封裝置103。
養(yǎng)護筒101，由多個筒塊1011沿所述養(yǎng)護筒101的軸向卡接而成，具有上端開口1012和下端開口1013；下部密封體102，支撐密封所述下端開口1013；上部密封裝置103，包括上部密封體1031和傳力螺桿1032，所述傳力螺桿1032豎直連接于所述上部密封體1031的下表面，所述上部密封體1031固定密封所述上端開口1012，且所述傳力螺桿1032伸入所述養(yǎng)護筒101的內部腔體；其中，所述養(yǎng)護筒101的上部或所述上部密封體1031的邊緣設置有至少一個傳壓孔10311，用于使所述養(yǎng)護筒101內外連通。
養(yǎng)護筒101可以直接放置在下部密封體102上，可從養(yǎng)護筒101的上端開口1012向養(yǎng)護筒101的內部腔體加入水泥，然后旋轉傳力螺桿1032插入水泥，從而使上部密封體1031密封養(yǎng)護筒101的上端開口1012。其中，水泥可以根據生產井中的水泥環(huán)所用水泥確定，下部密封體102可以選用各種不同粗糙程度材料制成，具體材料可根據生產井中套管的材料確定，可模擬不同套管外壁材料。將盛有水泥的固井一界面膠結強度養(yǎng)護裝置放入養(yǎng)護釜中，養(yǎng)護釜中的水可通過傳壓孔10311進入養(yǎng)護筒101的內部腔體，從而為水泥加溫加壓，使水泥凝固并與下部密封體102膠結在一起，從而模仿生產井中水泥環(huán)和套管之間的膠結。
當傳壓孔10311設置在養(yǎng)護筒101的上部時，需要加入水泥的量略低于傳壓孔10311所在位置。當傳壓孔10311設置在所述上部密封體1031的邊緣時，傳壓孔10311可以為槽形孔，使得養(yǎng)護筒101內外連通即可，此時，可在養(yǎng)護筒101中加滿水泥，也不會致使水泥流出。傳壓孔10311的個數(shù)可以是一個、兩個或更多個。
本實施例中，固井一界面膠結強度養(yǎng)護裝置中包括至少個膠結主體，每個膠結主體可以作為一個膠結力測試試樣，所以一次可以養(yǎng)護多個養(yǎng)護條件相同試樣，這有利于對試樣進行膠結力測試時的試驗對比。通過使用多個筒塊卡接形成養(yǎng)護筒，并使用上部密封體固定密封養(yǎng)護筒的上端開口，可使膠結主體裝卸方便。通過下部密封體支撐密封養(yǎng)護筒的下端開口，可允許養(yǎng)護筒中的水泥在養(yǎng)護過程中自由膨脹收縮，不會破壞膠結主體。通過與上部密封體的連接的傳力螺桿插入水泥并固封在水泥中，上部密封裝置及養(yǎng)護筒與水泥的結合更牢固，有利于萬能試驗機對水泥和下部密封體之間的膠結力進行測試。
一些實施例中，如圖21所示，膠結主體100的個數(shù)可為多個，所述養(yǎng)護裝置還可包括：底板304、隔板303及蓋板302。所述隔板303將多個所述膠結主體100分隔成多層放置，所述底板304固定底層的所述膠結主體100，所述蓋板302蓋置于頂層的所述膠結主體100上，所述隔板303固定放置其上的所述膠結主體100。
通過隔板303可將多個膠結主體100分隔成多層，例如兩層、三層等。每層可以包含一個或多個膠結主體。
本實施例中，通過隔板可使養(yǎng)護裝置中的膠結主體靈活放置，從而可以更好地適應各種固井水泥漿養(yǎng)護釜。通過底板固定底層的膠結主體，通過隔板固定放置其上的膠結主體，以此可以使膠結主體穩(wěn)定地放置于固井水泥漿養(yǎng)護釜，放置傾倒。
一些實施例中，底板304、隔板303及蓋板302中的一個或多個的材質可以為不銹鋼材質。鋼板質量重、抗壓能力好，以此可以更好地固定膠結主體。
一些實施例中，底板和底層膠結主體的下部密封體上可以設有一個或多個通孔，從而底板和底層膠結主體可以通過該些通孔進行螺栓連接固定或螺釘連接固定。類似地，另一些實施例中，隔板和放置在該隔板上的膠結主體的下部密封體上可以設有一個或多個通孔，從而隔板和其上的膠結主體可以通過該些通孔進行螺栓連接固定或螺釘連接固定。
一些實施例中，再如圖21所示，固井一界面膠結強度養(yǎng)護裝置還可包括中空連接桿301。該中空連接桿301可穿設于蓋板302、隔板303及底板304。本實施例中，可以將熱電偶放置于中空連接桿301內部，以此可以使用熱電偶測量養(yǎng)護過程中養(yǎng)護釜中的溫度，并可以對養(yǎng)護裝置進行加熱。
一些實施例中，再如圖21所示，膠結主體100的個數(shù)可為四個；底層的膠結主體100的個數(shù)可為兩個，頂層的膠結主體100的個數(shù)也可為兩個；養(yǎng)護裝置的尺寸可適用于符合api標準的固井水泥漿養(yǎng)護釜。本實施例中，可一次養(yǎng)護四塊試樣，滿足一組試驗所需最低試樣數(shù)量的要求；整個養(yǎng)護裝置的尺寸適用于符合api規(guī)定的常見各種類型的固井水泥漿養(yǎng)護釜，使用方便。
膠結主體100的下部密封體102可以是多種形狀，例如方形、圓形、多邊形等。具體可視工藝、尺寸等情況而定。如圖21所示，其中膠結主體100的下部密封體可以是方形，方形的下部密封體易于加工，工藝簡單。如圖22和圖23所示，其中膠結主體100的下部密封體102可以是圓形。
相鄰的兩個筒塊1011可以通過多種卡接結構卡接在一起。圖25是本發(fā)明一實施例中養(yǎng)護筒的立體結構示意圖。圖26是圖25所示養(yǎng)護筒的立體分解結構示意圖。如圖25和圖26所示，相鄰的兩個所述筒塊1011可通過筒塊1011的階臺式側邊端部10111相互配合卡接在一起。本領域技術人員知道相鄰兩個筒塊1011的鄰接的階臺式側邊端部10111應相互配合，例如，左邊的筒塊側邊端部外凸內凹，則右邊的筒塊側邊端部應內凹外凸。本實施例中，階臺式卡接方式加工方便。多個筒塊卡接牢靠，制模簡單，操作方便。
養(yǎng)護筒101可以為多種不同形狀，例如多邊筒形、圓筒形等。一些實施例中，如圖25所示，所述養(yǎng)護筒101可為圓筒形狀。本實施例中圓筒形狀的養(yǎng)護筒便于由多個筒塊構成，在進行膠結力測試時，便于對膠結界面均勻施力。圓筒形狀與其他多邊形筒相比，可以減少壁面摩擦，有利于脫模。
一些實施例中，所述傳力螺桿1032沿所述養(yǎng)護筒101的中軸線伸入所述養(yǎng)護筒101的內部腔體。本實施例中，傳力螺桿可以方便的旋入水泥，且易使上部密封體密封養(yǎng)護筒的上端開口。傳力螺桿1032可以為多種結構，例如上部分為實心柱狀體，下部分為高勁度系數(shù)鋼絲繞制成的螺旋形狀。傳力螺桿1032可通過一體成型、焊接等方式連接至上部密封體。
一些實施例中，如圖25和圖26所示，所述多個筒塊1011的數(shù)量可為兩個，所述筒塊1011為半圓筒形狀。本實施例中，使用兩個筒塊，方便安裝和拆卸，將筒塊設計為相同的半圓筒形狀，加工方便，且便于組裝成圓筒形狀的養(yǎng)護筒。
上部密封體1031可以通過多種不同方式固封養(yǎng)護筒101的上端開口，例如螺紋連接、卡扣連接等。圖24是本發(fā)明一實施例中上部密封裝置的立體結構示意圖。如圖22、圖24及圖25所示，所述上部密封體1031邊緣和所述養(yǎng)護筒101上端可分別設置有通孔10312和螺孔10112，所述上部密封體1031和所述養(yǎng)護筒101通過穿過所述通孔10312并穿入所述螺孔10112的螺釘10313連接在一起。螺釘?shù)膫€數(shù)可以根據需要設置，例如，2個、3個、4個等，以此可以保證上部密封裝置和養(yǎng)護筒在試驗過程中的整體性。本領域技術人員知道，養(yǎng)護筒可具有一定厚度，螺孔10112可以設置在養(yǎng)護筒101上部端面上。本實施例中，上部密封體1031通過螺釘固封養(yǎng)護筒101的上端開口，固定方便，便于拆卸。
圖27是本發(fā)明一實施例中下部密封體的立體結構示意圖。圖28是本發(fā)明另一實施例中下部密封體的立體結構示意圖。圖27和圖28的區(qū)別主要在于，圖27所示的下部密封體為圓形，圖28所示的下部密封體為方形。如圖27和圖28所示，所述下部密封體102上表面可設置有凹槽結構1021，所述養(yǎng)護筒101的下端可嵌入所述凹槽結構1021。本實施例中，通過下部密封體上表面的凹槽結構可以方便地將養(yǎng)護筒的筒塊限定起來，向養(yǎng)護筒內加入水泥使，更不易使筒塊分離。值得說明的是，在不具備凹槽結構的情況下，筒塊一般也不會輕易分離，因為水泥主要對下部密封體施加重力，而對養(yǎng)護筒施加的力較小。
上述各實施例的膠結主體中，各部件的形狀尺寸可以相互配合，例如當養(yǎng)護筒為圓筒形狀時，上部密封體和下部密封體可為圓形形狀。各部件的尺寸可以根據養(yǎng)護裝置和養(yǎng)護釜等裝置的尺寸設置，例如養(yǎng)護筒和下部密封體的尺寸可以配合養(yǎng)護裝置設置，養(yǎng)護裝置可以配合養(yǎng)護釜設置。養(yǎng)護裝置的尺寸大小，可以適用于常見各種類型的水泥漿養(yǎng)護釜。
本發(fā)明實施例的固井一界面膠結強度養(yǎng)護裝置，其中的膠結主體方便裝卸，操作簡便，可以模擬不同套管外壁的粗糙程度；在水泥養(yǎng)護過程中，允許水泥自由膨脹收縮；可以測試一界面徑向膠結強度；養(yǎng)護裝置可以適用于常見各種類型的水泥漿養(yǎng)護釜。
圖29是本發(fā)明一實施例中固井一界面膠結強度測試裝置的剖面結構示意圖。圖30是圖29所示固井一界面膠結強度測試裝置的立體分解結構示意圖。圖31是圖29所示固井一界面膠結強度測試裝置的立體結構示意圖。如圖29至圖31所示，固井一界面膠結強度測試裝置200，可包括上述各實施例的膠結主體100，還可包括：上部夾持部201和下部夾持部202。
上部夾持部201，通過一連接部203連接于所述上部密封體1031的上表面；下部夾持部202，可包括夾持體固定部2021和萬能試驗機下夾持體2022，所述萬能試驗機下夾持體2022固定于所述夾持體固定部2021下側，所述夾持體固定部2021固定于所述下部密封體102下側。
上部夾持部201可用于固定至萬能試驗機的上部，萬能試驗機下夾持體2022可用于固定至萬能試驗機的下部，通過上部夾持部201和萬能試驗機下夾持體2022可以利用萬能試驗機對膠結力養(yǎng)護裝置中的水泥-下部密封體界面施加拉力。在膠結力測試時下部夾持部202固定于所述下部密封體102下側；在膠結力養(yǎng)護時下部夾持部202可與下部密封體102分離，不必將下部夾持部202一同放入養(yǎng)護釜中，可防止下部夾持部202收到養(yǎng)護釜中液體侵害。上部夾持部201可一直固定至萬能試驗機的上部，萬能試驗機下夾持體2022可一直固定至萬能試驗機的下部，以此在試驗時，可以直接使用，從而節(jié)省試驗時間。
上部夾持部201和萬能試驗機下夾持體2022上裝入萬能試驗機的部分的尺寸，可以根據萬能試驗機進行配合設置。
本實施例中，通過上部夾持部和下部夾持部可以方便地將膠結力養(yǎng)護裝置安裝至萬能試驗機，對膠結界面進行膠結力測試，而且可以方便地將膠結力養(yǎng)護裝置從萬能試驗機拆卸下來，操作方便。
下部密封體102和夾持體固定部2021可以通過多種不同方式固定連接在一起，例如螺栓連接、螺紋連接、卡扣連接等。圖34是本發(fā)明一實施例中下部夾持部的立體結構示意圖。如圖30、圖31和圖34所示，所述下部密封體102邊緣和所述夾持體固定部2021邊緣可分別設置有第一連接孔1022和第二連接孔20211，所述下部密封體102和所述夾持體固定部2021通過穿過所述第一連接孔1022和所述第二連接孔20211的螺栓204連接在一起。第一連接孔1022和第二連接孔20211一般需配合設置。第一連接孔1022和第二連接孔20211的個數(shù)可根據需要設置，例如，3個、4個、5個等。本實施例中，通過螺栓和連接孔將下部密封體和夾持體固定部連接在一起，下部密封體和夾持體固定部加工，拆裝方便，連接牢固，能夠保證膠結力試驗的準確性。夾持體固定部與膠結主體之間可分開，可以減少萬能試驗機試驗前調節(jié)過程中對膠結主體的擾動，確保試驗的成功率和準確率。
連接部203可以是多種連接結構。圖33是本發(fā)明一實施例中連接部的立體結構示意圖。如圖31和圖33所示，所述連接部203可包括柔性連接體2031。本實施例中，通過柔性連接體2031可以將上部夾持部201柔性連接至上部密封體1031，從而柔性連接膠結力養(yǎng)護裝置100。在使用萬能試驗機對水泥-下部密封體的膠結界面進行膠結力測試時，可以先將萬能試驗機下夾持體2022固定在萬能試驗機的下部，再將上部夾持部201固定在萬能試驗機的上部，然后調節(jié)萬能試驗機的上部的高度，使柔性連接體2031伸直，之后再進行膠結力測試。因此，本實施例中，通過柔性連接體可以方便地將上部夾持部安裝至萬能試驗機的上部，不用事先準確調節(jié)萬能試驗機的上部高度，安裝靈活。萬能試驗機上夾具通過柔性連接體與膠結主體連接，不僅操作方便，而且能夠有效避免萬能試驗機上夾具夾持操作對膠結主體造成擾動，確保試驗的成功率和準確率。
柔性連接體2031可以通過多種不同方式連接至上部密封體1031，例如銷栓連接、銷釘連接、卡扣連接等。柔性連接體2031例如可為柔性鏈。圖32是本發(fā)明一實施例中上部夾持部的立體結構示意圖。如圖24、圖31至圖33所示，所述上部密封體1031的上表面設置有銷孔連接部10314，所述柔性連接體2031的下端設有連接環(huán)，所述連接環(huán)通過銷栓2032與所述銷孔連接部10314連接在一起。本實施例中，通過銷栓和銷孔將柔性連接體連接至上部密封體，拆裝靈活，連接牢固。
柔性連接體2031可以通過多種不同方式連接至上部夾持部201，例如環(huán)扣連接、焊接等。如圖32所示，上部夾持部2022下端可設置有連接環(huán)2033，所述柔性連接體2031的上端也可設有連接環(huán)，該連接環(huán)可與連接環(huán)2033扣合在一起。其他實施例中，柔性連接體2031的上端可以通過其他各種方式連接至上部夾持部2022下端，例如焊接。
一些實施例中，如圖24所示，所述銷孔連接部10314設置于所述上部密封體1031的上表面上正對所述傳力螺桿1032的位置。本實施例中，通過銷孔連接部設置于上部密封體的上表面上正對傳力螺桿的位置，例如上部密封體的中心位置，可使萬能試驗機上端對固定在水泥中的傳力螺桿施力，可有效增大傳力螺桿與水泥漿的接觸面積，以此便于拉動水泥整體，保證試驗過程中不易使上部密封體和養(yǎng)護筒與水泥發(fā)生脫離。
一些實施例中，所述銷孔連接部10314可拆卸地設置于所述上部密封體1031的上表面。以此，在養(yǎng)護過程中，可以將銷孔連接部10314拆卸下來，防止被腐蝕。
圖35是本發(fā)明另一實施例中膠結主體的立體結構示意圖。圖36是圖35所示膠結主體的立體分解結構示意圖。圖37是本發(fā)明另一實施例中上部密封裝置的立體結構示意圖。與圖22相比，下部密封體102的形狀不同，圖35和圖36所示的膠結主體的下部密封體102可以為方形。與圖24相比，通孔10312的個數(shù)不同，上部密封體1031上的通孔10312的個數(shù)例如可以是3個。如圖35和圖36所示，圖37所示的上部密封體1031上可設置有螺孔10315，銷孔連接部10314可以螺接至螺孔10315，從而固定至上部密封體1031。在包含蓋板301、隔板302及底板303的情況下，蓋板301、隔板302及底板303可以將螺孔10315蓋封起來，以防螺孔10315被腐蝕。圖38是本發(fā)明一實施例中上部夾持部連接銷孔連接部的示意圖。如圖38所示，銷孔連接部10314可以通過銷栓2032連接至柔性連接體2031，柔性連接體2031再連接至上部夾持部201。
圖39是本發(fā)明另一實施例中下部夾持部的立體結構示意圖。圖39所示的下部夾持部202與圖34所示的下部夾持部202區(qū)別在于夾持體固定部2021的形狀可以不同，如圖39所示，夾持體固定部2021可以為方形。方形的夾持體固定部2021較佳地可與圖35所示的膠結主體配合使用。
圖40是本發(fā)明另一實施例的固井一界面膠結強度測試裝置的立體分解結構示意圖。圖41是本發(fā)明另一實施例的固井一界面膠結強度測試裝置的立體結構示意圖。如圖40和圖41所示，固井一界面膠結強度測試裝置可以由圖38所示的上部夾持部連接結構、圖35所示的膠結主體100及圖39所示的下部夾持部202的組成。
本發(fā)明實施例的固井一界面膠結強度測試裝置，可以方便地將膠結主體安裝至萬能試驗機且方便地將膠結主體從萬能試驗機拆卸下來，操作方便。本發(fā)明實施例的測試裝置能夠實現(xiàn)在萬能試驗機上進行一界面徑向膠結力的測試。
一個實施例中，如圖21所示，固井一界面膠結強度養(yǎng)護裝置可包括：中空連接桿301、蓋板302、膠結主體100、隔板303及底板304。如圖35所示，膠結主體100主要可包括上部密封裝置103、養(yǎng)護筒101及下部密封體102。固井一界面膠結強度養(yǎng)護裝置可包括一個或多個膠結主體100，一次可養(yǎng)護一個或多個膠結主體100。
一個實施例中，固井一界面膠結強度測試裝置，主要可包括：上部夾持部201、柔性的連接部203、上部密封裝置103、養(yǎng)護筒101、下部密封體102及下部夾持部202。養(yǎng)護筒101由養(yǎng)護左半筒和養(yǎng)護右半筒組成。在水泥養(yǎng)護過程中，將養(yǎng)護左半筒和養(yǎng)護右半筒卡接組合后放置在下部密封體102上，并向養(yǎng)護筒101的腔中注入一定體積的水泥后，將上部密封裝置103安裝至養(yǎng)護筒101上部后得到膠結主體100，將一個或多個膠結主體放入養(yǎng)護釜進行養(yǎng)護，養(yǎng)護完成后取出。將下部夾持部202、上部夾持部201和柔性的連接部203裝入萬能試驗機測試端，將柔性的連接部203和下部夾持部202分別連接到上部密封裝置103和下部密封體102上，啟動萬能試驗機拉伸試驗裝置進行膠結強度測試。
一個實施例中，可將兩個完成組裝的膠結主體100放在養(yǎng)護裝置的底板304上，并用螺栓固定，順次放入隔板303，將另外兩個完成組裝的膠結主體100通過螺栓固定在隔板303上，放入蓋板302，同時將中空連接桿301穿過蓋板302和隔板303連接到底板304上。用提拉環(huán)將養(yǎng)護裝置放入養(yǎng)護釜中進行養(yǎng)護。在養(yǎng)護期間，可提前將萬能試驗機下夾持體2022下部裝入萬能試驗機下夾具，上部夾持部201上部裝入萬能試驗機上夾具。養(yǎng)護完成后，用提拉環(huán)將養(yǎng)護裝置取出，將膠結主體100從養(yǎng)護裝置上拆卸下來，并通過螺栓固定在夾持體固定部2021上表面。將柔性的連接部203下部連接到膠結主體100上表面，打開萬能試驗機試驗操作界面進行試驗。
簡言之，上述實施例的固井一界面膠結強度測試裝置可以如下所述：
實施例1：一種固井一界面膠結強度測試裝置，包括固井一界面膠結強度養(yǎng)護裝置中所述的膠結主體、上部夾持部及下部夾持部；
所述固井一界面膠結強度養(yǎng)護裝置，包括至少一個膠結主體，所述膠結主體包括：
養(yǎng)護筒，由多個筒塊沿所述養(yǎng)護筒的軸向卡接而成，具有上端開口和下端開口；
下部密封體，支撐密封所述下端開口；
上部密封裝置，包括上部密封體和傳力螺桿，所述傳力螺桿豎直連接于所述上部密封體的下表面，所述上部密封體固定密封所述上端開口，且所述傳力螺桿伸入所述養(yǎng)護筒的內部腔體；
其中，所述養(yǎng)護筒的上部或所述上部密封體的邊緣設置有至少一個傳壓孔，用于使所述養(yǎng)護筒內外連通。
所述上部夾持部，通過一連接部連接于所述上部密封體的上表面；
所述下部夾持部，包括夾持體固定部和萬能試驗機下夾持體，所述萬能試驗機下夾持體固定于所述夾持體固定部下側，所述夾持體固定部固定于所述下部密封體下側。
實施例2：如實施例1所述的固井一界面膠結強度測試裝置中，相鄰的兩個所述筒塊通過其階臺式側邊端部相互配合卡接在一起。
實施例3：如實施例1所述的固井一界面膠結強度測試裝置，所述養(yǎng)護筒為圓筒形狀。
實施例4：如實施例3所述的固井一界面膠結強度測試裝置，所述傳力螺桿沿所述養(yǎng)護筒的中軸線伸入所述養(yǎng)護筒的內部腔體。
實施例5：如實施例3所述的固井一界面膠結強度測試裝置，所述多個筒塊的數(shù)量為兩個，所述筒塊為半圓筒形狀。
實施例6：如實施例1所述的固井一界面膠結強度測試裝置，所述上部密封體邊緣和所述養(yǎng)護筒上端分別設置有通孔和螺孔，所述上部密封體和所述養(yǎng)護筒通過穿過所述通孔并穿入所述螺孔的螺釘連接在一起。
實施例7：如實施例1所述的固井一界面膠結強度測試裝置，所述下部密封體上表面設置有凹槽結構，所述養(yǎng)護筒的下端嵌入所述凹槽結構。
實施例8：如實施例1所述的固井一界面膠結強度測試裝置，所述膠結主體的個數(shù)為多個，所述養(yǎng)護裝置還包括：底板、隔板及蓋板；所述隔板將多個所述膠結主體分隔成多層放置，所述底板固定底層的所述膠結主體，所述蓋板蓋置于頂層的所述膠結主體上，所述隔板固定放置其上的所述膠結主體。
實施例9：如實施例8所述的固井一界面膠結強度測試裝置，還包括：中空連接桿；所述中空連接桿穿設于所述蓋板、所述隔板及所述底板。
實施例10：如實施例8所述的固井一界面膠結強度測試裝置，所述膠結主體的個數(shù)為四個；底層的所述膠結主體的個數(shù)為兩個，頂層的所述膠結主體的個數(shù)為兩個；所述養(yǎng)護裝置的尺寸適用于符合api標準的固井水泥漿養(yǎng)護釜。
實施例11：如實施例10所述的固井一界面膠結強度測試裝置，所述下部密封體邊緣和所述夾持體固定部邊緣分別設置有第一連接孔和第二連接孔，所述下部密封體和所述夾持體固定部通過穿過所述第一連接孔和所述第二連接孔的螺栓連接在一起。
實施例12：如實施例10所述的固井一界面膠結強度測試裝置，所述連接部包括柔性連接體。
實施例13：如實施例12所述的固井一界面膠結強度測試裝置，所述上部密封體的上表面設置有銷孔連接部，所述柔性連接體的下端設有連接環(huán)，所述連接環(huán)通過銷栓與所述銷孔連接部連接在一起。
實施例14：如實施例13所述的固井一界面膠結強度測試裝置，所述銷孔連接部設置于所述上部密封體的上表面上正對所述傳力螺桿的位置。
實施例15：如實施例13所述的固井一界面膠結強度測試裝置，所述銷孔連接部可拆卸地設置于所述上部密封體的上表面。
上述各實施例的固井水泥環(huán)完整性分析預測方法可以利用上述各實施例的固井一界面膠結強度測試裝置，并使用如后續(xù)所述的固井一界面膠結強度測試方法測量所述水泥環(huán)與所述套管之間的膠結拉力。
本發(fā)明還提供一種固井一界面膠結強度測試方法，適用于上述各實施例所述的固井一界面膠結強度測試裝置
圖42是本發(fā)明一實施例的固井一界面膠結強度測試方法的流程示意圖。如圖42所示，本發(fā)明一實施例的固井一界面膠結強度測試方法，可包括步驟：
s410：將設定量的水泥漿加入所述膠結主體的養(yǎng)護筒中，并將包含水泥漿的所述膠結主體放入反應釜中進行養(yǎng)護，直到所述養(yǎng)護筒中的水泥漿凝固為水泥石；
s420：利用萬能試驗機的上夾具對所述上部夾持部施加向上拉力，同時利用所述萬能試驗機的下夾具對所述萬能試驗機下夾持體施加向下拉力，以對所述養(yǎng)護筒中的水泥石和所述下部密封體之間的膠結界面施加徑向拉力；
s430：勻速增加所述上拉力和所述下拉力的載荷，直到所述水泥石和所述下部密封體分離，并記錄分離時刻的拉伸力；
s440：根據所述拉伸力、所述水泥石及所述養(yǎng)護筒自重以及所述膠結界面的面積計算得到所述水泥石與所述下部密封體之間的膠結強度。
在上述步驟s410中，可以先將包含水泥漿的所述膠結主體安裝至上述各實施例的養(yǎng)護裝置中，在將養(yǎng)護裝置放入反應釜進行養(yǎng)護，之后再取出膠結主體，進行后續(xù)膠結力測試。水泥漿的量可以是填滿或不填滿養(yǎng)護筒。養(yǎng)護過程中，可以根據需要設置溫度和壓強。
在上述步驟s430中，根據力的相互作用原理，所述上拉力的載荷和所述下拉力的載荷相同。
本實施例中，首先利用養(yǎng)護試樣，水泥石和下部密封體之間的膠結界面可以模擬圍巖和套管之間的一界面，通過對水泥石和下部密封體之間的膠結界面施加徑向拉力，可以模擬對圍巖和套管之間的一界面施加徑向拉力。利用最終計算得到的水泥石與下部密封體之間的膠結強度可以分析圍巖和套管之間的一界面的膠結強度。
一個實施例中，在上述步驟s440中，水泥石與下部密封體之間的膠結強度可表示為：
f＝(n-m)/a
上式中，f為膠結強度，單位為pa；n為最大拉伸力，單位為n；m為水泥石及養(yǎng)護筒自重，單位為n；a為膠結面面積，單位為m2。
一個實施例中，固井一界面膠結強度養(yǎng)護及測試裝置的實施可分成兩部分進行。其中，第一部分是膠結強度養(yǎng)護過程，第二部分是膠結強度測試過程。
在膠接強度養(yǎng)護過程中具體操作可包括如下步驟：
操作1：將如圖26所示的養(yǎng)護左半筒(左邊筒塊1011)和養(yǎng)護右半筒(右邊筒塊1011)通過卡接結構(例如階臺式側邊端部10111)卡接牢固，組合成養(yǎng)護筒101，如圖25所示。
操作2：將如圖27所示的下部密封體102(例如其膠結面朝上)平放在試驗臺上，并將養(yǎng)護筒101安放在下部密封體102的凹槽結構1021(卡接槽)上，向養(yǎng)護筒101的腔內注入(例如多半腔)水泥漿。如圖24所示，將上部密封裝置103的傳力螺桿1032下端放入水泥漿中，并使用螺紋(例如三個)連接密封上部密封裝置103與養(yǎng)護筒101，組合成膠結主體100，如圖23所示。
操作3：將例如兩個膠結主體100安放在底板304上，并用螺紋連接固定。在膠結主體100上安放隔板303，并將例如兩個膠結主體100螺紋連接在隔板303上。在膠結主體100上安放蓋板302，并用中空連接桿301將蓋板302、隔板303和底板303連接起來組成如圖21所示的養(yǎng)護裝置。將整個養(yǎng)護裝置放入養(yǎng)護釜中，進行養(yǎng)護。在養(yǎng)護過程中，通過如圖29所示的槽形的傳壓孔10311保證養(yǎng)護釜內壓力傳入養(yǎng)護裝置100(膠結主體100)，滿足養(yǎng)護的壓力和溫度要求。另外，可以將熱電偶放入中空連接桿301內，進行溫度監(jiān)測和加熱。
操作4：養(yǎng)護完成后，從養(yǎng)護釜中取出養(yǎng)護裝置100，并拆出例如4個膠結主體100，將膠結主體100表面的水擦拭干凈，準備進行膠結強度測試。
在膠結強度測試過程中具體操可包括如下步驟：
操作a：如圖38所示，將上部夾持部201安裝在萬能試驗機的拉伸測試上部?？蓪⑷嵝赃B接體2031連接至上部夾持部201下端的連接環(huán)2033(或者本來就已經連接上)。
操作b：如圖34或圖39所示，將下部夾持部202的萬能試驗機下夾持體2022安裝在萬能試驗機的拉伸測試下部，并將下部夾持部202調平。
操作c：如圖26所示，將膠結主體100平放在下部夾持部202上，并將第一連接孔1022和第二連接孔20211對齊使用螺釘或螺栓連接固定。
操作d：如圖40所示，將銷孔連接部10314與上部密封體1031用螺紋連接，將銷孔連接部10314與如圖33所示的柔性連接體2031用銷栓2032連接固定，完成膠結強度測試前的組裝。
操作e：微機控制操作萬能試驗機，勻速緩慢加載載荷，記錄加載曲線。得到最大拉伸力的大小n，測得水泥漿與腔體自重m，則膠結強度為：
f＝(n-m)/a
上式中，f為膠結強度，單位為pa；n為最大拉伸力，單位為n；m為水泥漿與腔體自重，單位為n，腔體可包括養(yǎng)護筒101和上部密封裝置103；a為膠結面面積，單位為m2。
本發(fā)明實施例的固井水泥膠結強度養(yǎng)護裝置，通過使用多個筒塊卡接形成養(yǎng)護筒，并使用上部密封體固定密封養(yǎng)護筒的上端開口，可使膠結主體裝卸方便。通過下部密封體支撐密封養(yǎng)護筒的下端開口，可允許養(yǎng)護筒中的水泥在養(yǎng)護過程中自由膨脹收縮，不會破壞膠結主體。通過與上部密封體的連接的傳力螺桿插入水泥并固封在水泥中，上部密封裝置及養(yǎng)護筒與水泥的結合更牢固，有利于萬能試驗機對水泥和下部密封體之間的膠結力進行測試。因此，本發(fā)明實施例的固井水泥膠結強度養(yǎng)護裝置裝卸方便，其中的膠結主體可以模擬壁面粗糙程度不同的套管；在養(yǎng)護過程中，允許水泥漿自由膨脹收縮；可以用于測試一界面徑向膠結強度；可以適用于常見各種類型的水泥漿養(yǎng)護釜。本發(fā)明實施例的固井水泥膠結強度測試裝置，通過上部夾持部和下部夾持部可以方便地將膠結力養(yǎng)護裝置安裝至萬能試驗機，對膠結力養(yǎng)護裝置模擬的一界面，進行徑向膠結強度測試。
在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一個具體實施例”、“一些實施例”、“例如”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。各實施例中涉及的步驟順序用于示意性說明本發(fā)明的實施，其中的步驟順序不作限定，可根據需要作適當調整。
本領域內的技術人員應明白，本發(fā)明的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限于磁盤存儲器、cd-rom、光學存儲器等)上實施的計算機程序產品的形式。
本發(fā)明是參照根據本發(fā)明實施例的方法、設備(系統(tǒng))、和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合?？商峁┻@些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據處理設備的處理器執(zhí)行的指令產生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟以產生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
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