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在固井注水泥完成后,油页岩矿井的开采寿命和后期效益受套管和水泥环界面胶结性能优劣的影响较大。套管-水泥环胶结面是系统界面完整性的重要组成部分,一旦套管-水泥环界面胶结性能效果不甚理想而导致封固系统失效,可能会引起环空窜流等严重问题,因此研究套管-水泥环的界面问题是从根本上提高固井质量的一项基础性工作。本文在对影响套管水泥环界面性能的因素进行深入调研分析的基础上,通过自主设计的实验系统研究了直管和波纹管两种不同结构的套管在高温作用下与水泥环的胶结情况,分析了注汽开采对套管水泥环界面性能造成影响的因素及变形与失效的情况,试验结果表明:(1)由于直管和波纹管结构的差异性,波纹管在高温下发生膨胀变形时,波峰、波谷处的应变值大于膨胀节处的应变值,其形变会被膨胀节吸收一部分,因此,在同一温度作用下,波纹管的应变值明显低于直管的应变值,随着温度的升高,其差值逐渐增大。直管在达到破坏失效的过程中其轴向应变与环向应变会在100℃时出现大幅度的增大现象,而波纹管在达到失效的过程中应变值随着温度的变化呈线性增长。(2)试验过程中,所选直管和波纹管的钢材相同,水泥环用料配比相同,因此系统在高温作用下出现胶结面密封失效问题时对应的应变值大致相同,套管的轴向微应变与环向微应变值均为2000左右。套管环向膨胀变形产生的径向挤压作用会导致水泥环出现微裂缝,套管-水泥环不同步的轴向变形会使得系统出现胶结失效,而这种不同步的轴向变形是导致套管-水泥环密封失效的主要原因。(3)在渗漏测试中,直管胶结面在温度为120℃,压力为0.75MPa时出现渗漏,胶结破坏,密封失效;而波纹管在温度为170℃,压力为0.35MPa时出现渗漏,胶结破坏,密封失效。(4)在系统传热过程中,波纹管的波峰波谷对其整体热传导平衡的影响不大,水泥环厚度在水泥环热传导影响因素中占主导地位。综合分析可知,在高温作用下,波纹管与水泥环界面的胶结性能优于直管。试验研究结果对油页岩注蒸汽开采油气工程套管水泥环胶结破坏的预防有一定的指导意义和应用价值。