頁巖氣井套管內(nèi)壓周期變化對水泥環(huán)密封失效的實(shí)驗(yàn)研究

楊廣國，劉 奎*，曾夏茂，劉仍光，艾 軍，郝麗麗

(1. 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院，北京 100029； 2. 中國石油化工股份有限公司西南石油工程有限公司固井分公司，德陽 618000； 3. 中國石油化工股份有限公司重慶涪陵頁巖氣勘探開發(fā)有限公司，重慶 408000； 4. 大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠，大慶 163000)

油氣井水泥環(huán)密封失效問題已經(jīng)引起了嚴(yán)重的環(huán)空帶壓問題，造成地表淺水層的污染且存在較大的安全隱患。目前，頁巖氣等非常規(guī)油氣的大量勘探與開發(fā)，壓裂技術(shù)起到了非常關(guān)鍵的作用。但是壓裂施工過程中套管內(nèi)壓的周期變化也造成了水泥環(huán)密封失效破壞，產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)空帶壓問題[1-3]。僅在中國涪陵頁巖氣區(qū)塊，前期投產(chǎn)的223口井中共有169口井出現(xiàn)了不同程度的環(huán)空帶壓問題，環(huán)空帶壓井的占比高達(dá)75.8%。

關(guān)于套管內(nèi)壓變化引起水泥環(huán)密封失效的研究也較多。初緯等[4]、姚曉等[5]基于Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，計(jì)算套管內(nèi)流體壓力變化過程中界面應(yīng)力大小作為判定是否產(chǎn)生微環(huán)隙的依據(jù)，并給出了微環(huán)隙大小的計(jì)算公式；劉洋等[6]的研究結(jié)果顯示試壓和壓裂可能導(dǎo)致水泥環(huán)周向拉伸破壞，形成徑向裂縫；趙效鋒等[7]、劉奎等[8]認(rèn)為水泥環(huán)內(nèi)壁周向應(yīng)力和徑向應(yīng)力會引起水泥環(huán)的拉伸破壞或壓碎破壞；劉碩瓊等[9]研究結(jié)果表明，水泥環(huán)周向應(yīng)力在淺部地層為拉應(yīng)力，深部地層為壓應(yīng)力；陶謙等[10]、張林海等[11]通過對涪陵頁巖氣區(qū)塊環(huán)空帶壓情況的統(tǒng)計(jì)分析，明確了不同水泥漿體系下壓裂對水泥環(huán)密封失效的影響規(guī)律，采用摻入膠乳、彈性粒子等形成彈韌性水泥石能夠提高交變載荷條件下水泥環(huán)密封性能；Zhou等[12]分析了變內(nèi)壓下第一界面、第二界面微環(huán)隙的產(chǎn)生和發(fā)展，套管加卸載過程造成水泥環(huán)第一界面屈服失效并在界面產(chǎn)生微環(huán)隙。

前人對套管內(nèi)壓變化水泥環(huán)密封性能的研究較深入，并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在很有趣差異：一部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，套管內(nèi)壓周期變化引起水泥環(huán)徑向裂紋，貫穿整個水泥環(huán)；另外一部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示卻相反，第一界面附近的水泥環(huán)屈服破壞并產(chǎn)生微環(huán)隙?，F(xiàn)基于現(xiàn)場實(shí)際情況，通過實(shí)驗(yàn)探究產(chǎn)生這種不同結(jié)果的原因和理論依據(jù)。

1 水泥環(huán)密封失效實(shí)驗(yàn)

自從水泥固井技術(shù)產(chǎn)生以來，科研工作者就未停止過對水泥環(huán)密封完整性的研究。其中關(guān)于套管內(nèi)壓變化的水泥環(huán)完整性實(shí)驗(yàn)，目前能看到的相關(guān)文獻(xiàn)有以下兩類：①未考慮地層約束的水泥環(huán)密封失效實(shí)驗(yàn)；②考慮地層約束的水泥環(huán)密封失效實(shí)驗(yàn)。

1.1 無地層約束的水泥環(huán)密封失效實(shí)驗(yàn)

1.1.1 Shadravan水泥環(huán)密封失效實(shí)驗(yàn)

Shadravan等[13]考慮井底實(shí)際情況，將地層壓力作為水泥環(huán)的外擠載荷，而未考慮地層巖石對水泥環(huán)的約束作用。通過在水泥固化過程對水泥環(huán)和套管施加流體壓力以模擬地層情況，實(shí)驗(yàn)過程如圖 1所示，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)過程請查閱文獻(xiàn)[13]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 2所示。從圖 2的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，經(jīng)過13個周期的套管內(nèi)壓力循環(huán)，水泥環(huán)上產(chǎn)生了徑向裂紋。

圖 1 Shadravan水泥環(huán)密封失效實(shí)驗(yàn)過程示意圖Fig.1 Shadravan’s experiment on sealing failure of cement sheath

圖 2 Shadravan水泥環(huán)密封失效實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Results of Shadravan’s test on cement sheath

1.1.2 水泥環(huán)造縫實(shí)驗(yàn)

中國石化石油工程技術(shù)研究院在對自愈合水泥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前需要對水泥環(huán)進(jìn)行造縫，套管壁厚設(shè)定為1mm，套管外徑60mm，水泥環(huán)壁厚25mm。實(shí)驗(yàn)過程中，水泥環(huán)外壁施加Po=30MPa流體壓力，套管內(nèi)壓逐漸增大，當(dāng)套管內(nèi)壓達(dá)到52MPa時，水泥環(huán)產(chǎn)生徑向裂紋，環(huán)空流體竄流。取出實(shí)驗(yàn)裝置中的套管-水泥環(huán)連接體可以看出，水泥環(huán)產(chǎn)生了多條徑向裂紋，如圖 3所示。

圖 3 水泥環(huán)造縫實(shí)驗(yàn)示意圖及實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Sketch of crack generation in cement sheath

1.2 考慮地層約束的水泥環(huán)密封失效實(shí)驗(yàn)

1.2.1 Goodwin水泥滲透率實(shí)驗(yàn)

Goodwin等[14]在1992年對套管內(nèi)壓變化時的環(huán)空水泥環(huán)滲透率進(jìn)行了測試，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖 4所示。實(shí)驗(yàn)裝置包括外徑為139.7mm×9.17mm的內(nèi)層套管和193.7mm×9.65mm的外層套管。水泥環(huán)固化過程中在環(huán)空中加壓500psi(1psi=6.895kPa)。水泥漿固化結(jié)束后在套管內(nèi)施加循環(huán)載荷，每次加載后套管內(nèi)壓卸壓到0psi，且每次套管內(nèi)壓比前一次施加載荷增大2000psi，且當(dāng)套管內(nèi)壓達(dá)到10000psi停止繼續(xù)增加載荷，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)過程參考文獻(xiàn)[14]。實(shí)驗(yàn)過程中對4種不同性質(zhì)的水泥環(huán)密封性能進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖 5所示。其中，圖 5(a)為加載到每個循環(huán)周的最大套管內(nèi)壓時的水泥環(huán)滲透率，圖 5(b)為每個循環(huán)周加載并卸載后的水泥環(huán)滲透率。從圖 5中可以看出，加載過程滲透率降低，卸載后滲透率增大。

圖 4 Goodwin水泥滲透率實(shí)驗(yàn)裝置示意Fig.4 Goodwin’s test on permeability of cement sheath

圖 5 Goodwin水泥滲透率實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果Fig.5 Results of permeability in Goodwin’s experiment

1.2.2 Boukhelifa水泥環(huán)密封性能實(shí)驗(yàn)

Boukhelifa等[15]的實(shí)驗(yàn)加載過程不是對套管內(nèi)壁施加流體壓力，而是采用膨脹塞對水泥環(huán)內(nèi)壁施加徑向位移，模擬套管內(nèi)壓增大情況下套管外徑增大對水泥環(huán)密封性能的影響。實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖 6所示。實(shí)驗(yàn)過程中，對套管內(nèi)的變形件施加變形載荷，變形件向外擠壓水泥環(huán)。變形件的變形量每次循環(huán)增加30μm，然后回到初始狀態(tài)，以模擬循環(huán)載荷，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)過程參考文獻(xiàn)[15]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 7所示，其中循環(huán)次數(shù)為2表示初始狀態(tài)，循環(huán)次數(shù)低于2表示內(nèi)徑減小，大于2表示內(nèi)徑增大，每個刻度為30μm。從圖 7(a)中外環(huán)壁厚為2mm時的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)內(nèi)徑降低時，水泥環(huán)密封性能降低；當(dāng)內(nèi)徑增大超過120μm時，水泥環(huán)失去密封能力，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明水泥環(huán)已產(chǎn)生徑向裂紋。從圖 7(b)中外環(huán)壁厚為7mm時的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)內(nèi)徑增大超過120μm時，水泥環(huán)仍具有密封能力，沒有產(chǎn)生徑向裂紋。

圖 6 Boukhelifa水泥環(huán)密封性能實(shí)驗(yàn)示意圖Fig.6 Sketch of Boukhelifa’s experiment about sealing ability of cement sheath

圖 7 Boukhelifa水泥環(huán)密封失效實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Result of Boukhelifa’s test about sealing failure of cement sheath

2 模擬壓裂過程的水泥環(huán)密封性能實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

油氣井系統(tǒng)主要由套管、水泥環(huán)和地層巖石組成，且套管-水泥環(huán)界面和水泥環(huán)-地層巖石界面接觸良好，將井眼環(huán)空密封，阻斷油、氣、水在環(huán)空內(nèi)的竄流。但是，在對套管-水泥環(huán)-地層系統(tǒng)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)測試時，無法滿足無限大地層巖石的條件，需考慮使用更大彈性模量和屈服強(qiáng)度的厚壁鋼管模擬無限大的地層巖石。中國石化石油工程技術(shù)研究院在對壓裂水泥環(huán)密封完整性研究過程中，制造了一套壓裂循環(huán)載荷條件下水泥環(huán)密封能力測試的實(shí)驗(yàn)裝置，并模擬測試了循環(huán)載荷作用下的水泥環(huán)密封性能，實(shí)驗(yàn)裝置如圖 8所示，具體實(shí)驗(yàn)過程參考相關(guān)文獻(xiàn)[16]。

1為套管內(nèi)壓加壓口；2為環(huán)空出氣口；3為套管內(nèi)流體排放口；4為環(huán)空進(jìn)氣口；5為加熱管；6為控制器；7為數(shù)據(jù)采集與分析圖 8 套管-水泥環(huán)-地層系統(tǒng)應(yīng)力-應(yīng)變 測試裝置示意圖與實(shí)物圖Fig.8 Sketch of the stress and strain testing device for casing-cement-formation system

實(shí)驗(yàn)裝置中套管和環(huán)空尺寸采用井眼中實(shí)際的套管和環(huán)空尺寸以真實(shí)模擬井眼內(nèi)的工況。由于井眼直徑的變化和地層巖石力學(xué)性質(zhì)的不同，同一壁厚的外筒無法滿足所有地層情況的模擬試驗(yàn)要求，需要根據(jù)不同的井眼和儲層對外筒的厚度進(jìn)行分析和計(jì)算。

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置外筒壁厚計(jì)算方法

實(shí)驗(yàn)裝置外筒力學(xué)模型為壁厚是h=d-c的圓環(huán)，如圖 9所示。根據(jù)拉梅公式可得圓環(huán)應(yīng)力和位移計(jì)算公式為

(1)

式(1)中：E為彈性模量；v為泊松比；c為外筒內(nèi)徑，等于實(shí)際井眼直徑；d為外筒外徑；Pi為套管內(nèi)壓；S1為套管外壁徑向載荷。

Po為地應(yīng)力載荷圖 9 套管-水泥環(huán)-地層系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置力學(xué)分析模型Fig.9 Mechanical model for casing-cement-formation system

對于地層巖石的應(yīng)力狀態(tài)，存在地應(yīng)力載荷和井壁向外徑向載荷S2。但是，在鉆井過程中由于在井內(nèi)形成井眼后，井壁巖石應(yīng)力釋放而發(fā)生井徑變小并繼續(xù)受到鉆頭切削，最終導(dǎo)致井壁達(dá)到應(yīng)力平衡狀態(tài)且井徑等于鉆頭外徑。此時，地應(yīng)力對井徑的影響已經(jīng)結(jié)束，后續(xù)可只考慮壓裂過程中套管內(nèi)壓增加時界面徑向應(yīng)力對井壁直徑的影響。

以地層巖石為研究對象，考慮地層巖石外半徑無窮大，井眼內(nèi)壁載荷為S2，則井眼內(nèi)壁表面在載荷S2作用下的井眼徑向位移為

(2)

式(2)中：Ef為地層巖石彈性模量；vf為地層巖石泊松比。

同理，由圖 9模型可以看出，以實(shí)驗(yàn)外筒為研究對象，對于實(shí)驗(yàn)裝置的外筒，外擠載荷為0MPa，在外筒內(nèi)壁徑向外擠載荷S2作用下外筒內(nèi)壁徑向位移為

(3)

式(3)中：Es為套管彈性模量；vs為套管泊松比。

為滿足實(shí)驗(yàn)裝置模擬得到的套管內(nèi)壓載荷作用下套管-水泥環(huán)-地層系統(tǒng)的應(yīng)力狀態(tài)與現(xiàn)場井眼系統(tǒng)的應(yīng)力狀態(tài)相同，要求在套管內(nèi)壓作用下井眼內(nèi)壁位移和外筒內(nèi)壁位移相等，即

[(1-2vs)c3+cd2]S2

(4)

求解該方程可得

(5)

則外筒壁厚為

h=d-c=

(6)

可得外筒壁厚系數(shù)為

(7)

假設(shè)鉆頭直徑為139.7mm，按照式(7)計(jì)算所得的不同彈性模量地層巖石所需外筒壁厚計(jì)算結(jié)果如圖 10所示?？梢钥闯觯S著地層巖石彈性模量的增加，實(shí)驗(yàn)外筒的壁厚線性增大?；趫D10，可以根據(jù)不同地層巖石性質(zhì)設(shè)計(jì)不同壁厚的外筒對套管-水泥環(huán)-地層系統(tǒng)應(yīng)力-應(yīng)變進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

圖 10 地層巖石彈性模量與外筒壁厚的關(guān)系Fig.10 Relationship between elastic modulus of formation rock and thickness of cylinder

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論

2.3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過對套管內(nèi)施加循環(huán)載荷，測試環(huán)空氣體竄流情況，測試結(jié)果如圖 11所示。從圖 11可以看出，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，氣體竄流流量逐漸增大。且套管內(nèi)壓增大時，氣體流量降低；套管內(nèi)壓減小時，氣體流量增大。

圖 11 循環(huán)加載過程中水泥環(huán)氣體竄流實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.11 Experimental results of gas channeling in cement sheath caused by cyclic loading

2.3.2 對比分析

從前人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)未考慮地層巖石約束時，循環(huán)載荷加載過程中，套管擠壓水泥環(huán)造成水泥環(huán)產(chǎn)生徑向裂紋。在考慮地層巖石約束的實(shí)驗(yàn)中，Goodwin的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和頁巖氣壓裂水泥環(huán)密封性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果都顯示當(dāng)套管內(nèi)壓增加時，氣竄流量降低，甚至降為0mL；當(dāng)套管內(nèi)壓降低時，氣竄流量增大，水泥環(huán)密封失效。Boukhelifa的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示約束外筒壁厚為2mm時水泥環(huán)將產(chǎn)生徑向裂紋，內(nèi)壓增加時氣竄量增大；當(dāng)約束外筒壁厚為7mm時，增大套管內(nèi)壓不會造成氣竄量的快速增大，表明未產(chǎn)生徑向拉伸裂縫而發(fā)生氣竄。通過對是否考慮地層約束兩種實(shí)驗(yàn)條件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，是否存在地層約束對水泥環(huán)的破壞方式具有重要影響。

3 水泥環(huán)失效方式的影響因素

3.1 界面過渡區(qū)的影響

在固井過程中，采用水泥漿而不是混凝土。但是，套管和地層巖石均可視為混凝土中的骨料。在套管-水泥環(huán)界面和水泥環(huán)-地層巖石界面上同樣可能存在界面過渡區(qū)，暫且假定過渡區(qū)范圍為30μm。界面過渡區(qū)的范圍較大、孔隙度大、彈性模量和強(qiáng)度均較低。在套管內(nèi)壓增大造成套管外壁向外擠壓水泥環(huán)時，界面過渡區(qū)對水泥環(huán)起到緩沖作用，減小水泥環(huán)的徑向壓應(yīng)力和周向拉應(yīng)力。通過建立的水泥環(huán)應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算方法，計(jì)算得到了兩種不同實(shí)驗(yàn)條件下套管外壁徑向位移。隨著套管內(nèi)壓增大，外徑為50mm，厚徑比R分別為0.04、0.08、0.12、0.16和0.20的套管外壁在未考慮地層巖石約束條件下的徑向位移如圖 12所示，外徑為139.7mm，厚徑比R分別為0.0143、0.0286、0.0430、0.0573和0.0716的套管外壁在考慮地層巖石約束條件下的徑向位移如圖 13所示。

圖 12 未考慮地層巖石約束套管外壁 徑向位移與套管內(nèi)壓的關(guān)系Fig.12 Relationship between casing radial displacement and internal pressure of casing without formation rock

圖 13 考慮地層巖石約束時套管外壁 徑向位移與套管內(nèi)壓的關(guān)系Fig.13 Relationship between casing radial displacement and internal pressure of casing with formation rock

從圖 12、圖 13中可以看出，對于內(nèi)徑較小的套管，由于水泥環(huán)的徑向位移較小，過渡區(qū)對水泥環(huán)應(yīng)力影響較大；套管內(nèi)徑較大，過渡區(qū)的影響較小，如當(dāng)套管壁厚為8mm并在70MPa套管內(nèi)壓作用下，過渡區(qū)厚度占總套管徑向位移的30%；徑厚比相同，內(nèi)徑越小，徑向位移越小。界面過渡區(qū)能在一定程度上降低水泥環(huán)本體的應(yīng)力狀態(tài)。

3.2 接觸面周向約束的影響

前人通過實(shí)驗(yàn)已經(jīng)得出，在套管-水泥環(huán)接觸面的膠結(jié)強(qiáng)度較低。當(dāng)套管內(nèi)壓增大造成套管-水泥環(huán)界面內(nèi)徑增大時，理論計(jì)算水泥環(huán)周向拉伸應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度而發(fā)生拉伸破壞，最終產(chǎn)生徑向裂紋。但是，對于是否考慮地層巖石約束的兩種狀態(tài)下水泥環(huán)卻可能存在不同的失效方式，接觸面的摩擦應(yīng)力約束起到了關(guān)鍵作用。

水泥環(huán)的周向拉伸破壞過程，可以考慮為當(dāng)周向拉應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度，徑向裂紋產(chǎn)生并發(fā)展成具有一定寬度的裂紋，此時周向應(yīng)力釋放，水泥環(huán)外徑和內(nèi)徑都有增大的趨勢。當(dāng)未考慮地層巖石約束時，水泥環(huán)外壁徑向和周向均未受到約束，徑向裂紋自由產(chǎn)生而發(fā)生拉伸破壞。水泥環(huán)內(nèi)壁由于徑向應(yīng)力較小，套管-水泥環(huán)接觸面的摩擦力和膠結(jié)力較小，水泥環(huán)本體周向拉伸受到的約束也較小，因此可產(chǎn)生貫穿整個水泥環(huán)的徑向裂紋。

當(dāng)考慮地層巖石約束時，套管-水泥環(huán)界面和水泥環(huán)-地層巖石界面的界面徑向應(yīng)力較大，界面的摩擦力隨著套管內(nèi)壓的增大而增大，即使當(dāng)水泥環(huán)的周向應(yīng)力大于水泥環(huán)的抗拉強(qiáng)度，由于地層巖石和套管的周向應(yīng)力未達(dá)到其抗拉強(qiáng)度，不會發(fā)生周向拉伸破壞而導(dǎo)致的套管外徑和地層巖石內(nèi)徑的瞬時急劇擴(kuò)大，對水泥環(huán)的周向自由增大產(chǎn)生約束，并且通過增大的界面周向摩擦力對水泥環(huán)的周向拉伸破壞產(chǎn)生約束。兩者綜合作用，最終保護(hù)水泥環(huán)不會發(fā)生周向拉伸破壞。

由于巖石存在周向拉應(yīng)力，且隨著套管內(nèi)壓的增大，水泥環(huán)徑向壓應(yīng)力和周向拉應(yīng)力增大。根據(jù)Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，當(dāng)巖石達(dá)到屈服極限后，水泥環(huán)內(nèi)壁將發(fā)生塑性變形，同時水泥環(huán)本體應(yīng)力將發(fā)生重新分布，周向應(yīng)力和徑向應(yīng)力降低。循環(huán)載荷作用下，塑性變形區(qū)域增大，當(dāng)套管內(nèi)壓降低時，套管-水泥環(huán)界面產(chǎn)生微環(huán)隙，導(dǎo)致環(huán)空流體竄流。這也就解釋了實(shí)驗(yàn)中監(jiān)測到套管內(nèi)壓增大，氣體竄流流量降低，而套管內(nèi)壓降低時，流體竄流流量增加的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

通過對比分析前期水泥環(huán)失效破壞中是否考慮地層巖石約束兩種實(shí)驗(yàn)條件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對套管內(nèi)壓增加過程中水泥環(huán)應(yīng)力和失效破壞方式的理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到以下結(jié)論。

(1)通過廣泛使用的彈性理論建立的套管-水泥環(huán)-巖石力學(xué)模型計(jì)算得到的結(jié)果，無論是否考慮地層巖石的約束，水泥環(huán)均應(yīng)該發(fā)生拉伸破壞。但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，未考慮地層巖石約束的水泥環(huán)為周向拉伸破壞，考慮地層巖石約束的水泥環(huán)為徑向塑性屈服破壞，理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同。

(2)基于界面過渡區(qū)理論，由于過渡區(qū)水泥的高孔隙度、低彈性模量和低強(qiáng)度，將在套管與水泥環(huán)本體之間形成緩沖區(qū)域，降低水泥環(huán)的徑向壓應(yīng)力和周向拉應(yīng)力，從而降低水泥環(huán)產(chǎn)生拉伸破壞的風(fēng)險。

(3)水泥環(huán)內(nèi)外界面受到套管和地層巖石的徑向和周向約束，即使水泥環(huán)本體內(nèi)應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度，由于缺少水泥環(huán)拉伸屈服破壞變形的空間，仍然無法發(fā)生拉伸破壞而產(chǎn)生徑向裂紋。當(dāng)徑向應(yīng)力和周向應(yīng)力共同作用達(dá)到強(qiáng)度極限后，水泥環(huán)從內(nèi)壁開始發(fā)生塑性屈服破壞，產(chǎn)生微環(huán)隙。

(4)考慮地層巖石約束研究影響水泥環(huán)破壞方式的因素，研究還不夠深入，還需進(jìn)行更深入的實(shí)驗(yàn)和理論分析，對該現(xiàn)象進(jìn)行更清晰和明確的解釋，為后續(xù)提高水泥環(huán)密封性能的研究工作提供參考。