趙春 賀夢(mèng)琦 陳顯學(xué) 汪衍剛 劉長(zhǎng)環(huán) 馮永存 李曉蓉

循環(huán)注采氣會(huì)對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)井水泥環(huán)產(chǎn)生周期性載荷作用，易導(dǎo)致水泥環(huán)密封失效。以H儲(chǔ)氣庫(kù)井水泥環(huán)密封失效為背景，開(kāi)展了水泥石循環(huán)加卸載及水泥石力學(xué)、孔滲測(cè)試，獲得了水泥石循環(huán)加載后的微觀結(jié)構(gòu)CT形態(tài)，進(jìn)行了全尺寸水泥環(huán)密封失效試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)30輪次循環(huán)加載后水泥石力學(xué)性能降低、氣體滲透能力增加，但依然能有效阻止氣體從水泥基質(zhì)泄漏；循環(huán)加卸載會(huì)造成水泥石微觀結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)而產(chǎn)生累積塑性應(yīng)變，循環(huán)輪次越多累積塑性應(yīng)變?cè)酱螅谎h(huán)加卸載后，水泥石CT掃描形態(tài)顯示，水泥石中出現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)損傷，水泥石微觀損傷程度由兩端至中心逐步減弱；全尺寸試驗(yàn)證實(shí)水泥環(huán)一界面脫粘形成微環(huán)隙，底部氣體沿著微環(huán)隙上竄導(dǎo)致上部B環(huán)空帶壓，水泥環(huán)本體及二界面在各組測(cè)試壓力下均未出現(xiàn)破壞，不建議現(xiàn)場(chǎng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上繼續(xù)提高儲(chǔ)氣壓力。研究結(jié)果可指導(dǎo)H儲(chǔ)氣庫(kù)注采參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并為國(guó)內(nèi)外類(lèi)似儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行制度的合理制定提供參考。

儲(chǔ)氣庫(kù)井；水泥環(huán)；循環(huán)載荷；密封失效；全尺寸試驗(yàn)

Experimental Study on Sealing Failure of Cement Sheath in Gas Storage Wells

Cyclic injection and production of gas would cause cyclic loads on the cement sheath of gas storage wells，which can easily lead to the sealing failure of cement sheath.In the paper，against the background of sealing failure of cement sheath in H gas storage well，the tests on cyclic loading and unloading，mechanics，porosity and permeability of hardened cement were conducted，the microstructure CT morphology of hardened cement after cyclic loading was obtained，and full-scale cement sheath sealing failure tests were conducted.The experimental results show that after 30 turns of cyclic loading，the mechanical properties of hardened cement decrease and the gas penetrating power increases，but the gas can still be effectively prevented from leaking from the cement matrix；cyclic loading and unloading would cause damage to the microstructure of hardened cement，resulting in cumulative plastic strain，and the more cycles there are，the greater the cumulative plastic strain is；after cyclic loading and unloading，the CT scan morphology of hardened cement shows that there is microstructural damage in the hardened cement，and the degree of microstructural damage gradually weakens from both ends to the center；the full-scale test confirms that the abhesion of hardened cement-inner casing interface forms micro annulus，the bottom gas flows up along the micro annulus，causing pressure in the upper B annulus，but the cement sheath body and the second interface do not show any damage under each group of test pressure，so it is not recommended to continue to increase the gas storage pressure on the existing basis.The study results guide the optimization design of injection and production parameters of H gas storage，and provide reference for the reasonable formulation of operation system of similar gas storages at home and abroad.

gas storage well；cement sheath；cyclic loading；sealing failure；full scale test

0 引 言

天然氣燃燒碳排放量相對(duì)較低，是一種清潔能源，但天然氣的消耗具有明顯區(qū)域及季節(jié)性差異。地下儲(chǔ)氣庫(kù)可在低需求時(shí)儲(chǔ)存多余的天然氣，在高需求時(shí)采出供應(yīng)，可有效平衡供需差距、增強(qiáng)國(guó)家能源安全［1-2］。在世界范圍內(nèi)，地下儲(chǔ)氣庫(kù)使用最廣泛的有枯竭氣藏和鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)［3］2種類(lèi)型，其中枯竭氣藏儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)氣容量更大，占地下儲(chǔ)氣庫(kù)總工作氣量的75%［4］。作為地面與儲(chǔ)氣庫(kù)之間的唯一通道，井筒在注氣和采氣過(guò)程中內(nèi)壓反復(fù)波動(dòng)［5-7］，使得環(huán)空水泥環(huán)受到反復(fù)加卸載作用，容易造成水泥環(huán)破壞進(jìn)而產(chǎn)生密封失效［8-10］。目前國(guó)內(nèi)外已出現(xiàn)大量?jī)?chǔ)氣庫(kù)井水泥環(huán)密封失效問(wèn)題。水泥環(huán)失效有拉伸破壞、剪切破壞、一界面破壞、二界面破壞等形式［11-12］。各種破壞方式均會(huì)引起氣體在水泥環(huán)中竄流導(dǎo)致環(huán)空帶壓，高壓氣體沿水泥環(huán)泄漏至地面會(huì)對(duì)人員、環(huán)境、設(shè)施等帶來(lái)巨大安全隱患［13-15］，并導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此保障水泥環(huán)的密封性對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)的安全運(yùn)行至關(guān)重要［16-18］。

目前針對(duì)水泥環(huán)密封性失效，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究。因數(shù)值模擬建模及參數(shù)設(shè)置過(guò)于理想化，難以對(duì)井筒復(fù)雜受力工況進(jìn)行精確還原。相對(duì)數(shù)值模擬研究，水泥環(huán)密封性試驗(yàn)是更加直觀、精確的研究手段。但現(xiàn)有水泥環(huán)密封性試驗(yàn)研究多采用縮小井筒模擬裝置，人工制作模擬井筒澆注成型水泥環(huán)，所采用的井筒尺寸、材料與實(shí)際井下情況有較大差別，因此現(xiàn)有試驗(yàn)研究能否真實(shí)反映井下水泥環(huán)受力情況存有較大不確定性。本文以H儲(chǔ)氣庫(kù)井水泥環(huán)密封失效問(wèn)題為基礎(chǔ)工程背景，采用儲(chǔ)氣庫(kù)固井現(xiàn)場(chǎng)水泥配方，開(kāi)展了水泥石在循環(huán)載荷作用下的力學(xué)性能及滲透性能測(cè)試；對(duì)循環(huán)加載后的水泥石進(jìn)行CT掃描，獲取循環(huán)加載作用下水泥石微觀結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。并基于自研的全尺寸水泥環(huán)密封性試驗(yàn)裝置，采用現(xiàn)場(chǎng)套管開(kāi)展循環(huán)注采氣工況下的水泥環(huán)密封性試驗(yàn)研究，探究循環(huán)載荷作用下水泥環(huán)密封失效規(guī)律及機(jī)理，指導(dǎo)注儲(chǔ)氣庫(kù)注采參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究結(jié)果可為國(guó)內(nèi)外類(lèi)似儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行制度的合理制定提供參考依據(jù)。

1 H儲(chǔ)氣庫(kù)概況

H儲(chǔ)氣庫(kù)是一種枯竭氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)，截至目前已投產(chǎn)注采井30余口，均采用相似的井身結(jié)構(gòu)。圖1為X井身結(jié)構(gòu)示意圖。自H儲(chǔ)氣庫(kù)投產(chǎn)以來(lái)，初期儲(chǔ)氣壓力為20 MPa左右，后續(xù)提升至26 MPa左右，其蓋層極限承壓能力在30 MPa以上，還有進(jìn)一步提升儲(chǔ)氣壓力的空間。自投產(chǎn)以來(lái)已經(jīng)有10口井出現(xiàn)B環(huán)空（油層套管與技術(shù)套管之間環(huán)空）帶壓。對(duì)B環(huán)空帶壓井開(kāi)展光纖聲波振動(dòng)檢測(cè)，顯示B環(huán)空在多個(gè)井深處檢測(cè)到泄漏信號(hào)，證實(shí)B環(huán)空水泥環(huán)密封性出現(xiàn)破壞，進(jìn)而引起氣體泄漏導(dǎo)致環(huán)空帶壓。為避免環(huán)空帶壓情況進(jìn)一步惡化，有必要開(kāi)展水泥環(huán)密封性失效機(jī)理試驗(yàn)研究，以指導(dǎo)后續(xù)注采氣參數(shù)設(shè)計(jì)。

2 試驗(yàn)

2.1 水泥石孔滲、力學(xué)及循環(huán)加載試驗(yàn)

基于儲(chǔ)氣庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)水泥漿配方配置水泥漿，經(jīng)養(yǎng)護(hù)后形成水泥石，鉆取成標(biāo)準(zhǔn)圓柱試樣1、2，如圖2所示（直徑25 m，高度50 mm）。試樣1、2力學(xué)及孔滲參數(shù)完全一致。首先基于試樣1開(kāi)展水泥石初始孔滲參數(shù)測(cè)試，測(cè)試過(guò)程如圖3a所示，獲得水泥石初始孔隙度及滲透率；再對(duì)試樣1開(kāi)展力學(xué)參數(shù)測(cè)試，測(cè)試過(guò)程如圖3b所示，記錄測(cè)試過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變曲線，獲取水泥石初始抗壓強(qiáng)度（δmax）；然后對(duì)試樣2開(kāi)展水泥石循環(huán)加卸載力學(xué)試驗(yàn)?；诂F(xiàn)場(chǎng)注采壓力及注采頻率實(shí)際情況，循環(huán)載荷上限設(shè)置為初始抗壓強(qiáng)度的80%（0.8δmax），循環(huán)次數(shù)為30次，記錄循環(huán)加卸載過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變曲線，分析循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變曲線特征。將循環(huán)加卸載完后的水泥石試樣2進(jìn)行CT掃描，獲取水泥石試樣內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)圖像，以分析循環(huán)加載后的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)損傷特征，再進(jìn)行孔滲參數(shù)測(cè)試，最后對(duì)循環(huán)加載后的試樣2開(kāi)展力學(xué)測(cè)試。將水泥石循環(huán)加載后測(cè)得的力學(xué)、孔滲參數(shù)與初始力學(xué)、孔滲參數(shù)對(duì)比，獲取循環(huán)加載對(duì)水泥石力學(xué)、孔滲性能的影響規(guī)律。

2.2 全尺寸水泥環(huán)密封性試驗(yàn)

試驗(yàn)用水泥漿采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際固井配方進(jìn)行配制。試驗(yàn)用套管取自H儲(chǔ)氣庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)，技術(shù)套管、油層套管、外管的管柱尺寸、材質(zhì)與井下管柱完全一致，可保證試驗(yàn)條件與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符。課題組自研全尺寸水泥環(huán)密封性測(cè)試裝置，裝置由基座、管柱系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、加壓體統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成，可模擬測(cè)試循環(huán)注采氣工況下的多重管柱及水泥環(huán)密封性。裝置實(shí)物如圖4所示。

依據(jù)H儲(chǔ)氣庫(kù)歷史注采壓力實(shí)際數(shù)據(jù)共設(shè)置9組不同循環(huán)內(nèi)壓，循環(huán)上限壓力分別為20、21、22、23、24、25、26、27、28 MPa。因儲(chǔ)氣庫(kù)采氣時(shí)最低壓力為5 MPa，各組循環(huán)下限壓力均設(shè)置為5 MPa。全尺寸水泥環(huán)密封性試驗(yàn)系統(tǒng)原理如圖5所示。

具體測(cè)試流程如下：

（1）安裝全尺寸油田現(xiàn)場(chǎng)套管，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)固井水泥漿配方配制水泥漿。

（2）將配制好的水泥漿注入油層套管與技術(shù)套管構(gòu)成的環(huán)空（B環(huán)空）中，在外管外部布置加熱墊加熱以模擬地層溫度，養(yǎng)護(hù)120 h，等待水泥漿固化形成水泥環(huán)。

（3）待水泥漿體凝固后，分別在油層套管內(nèi)部、油層套管與外管環(huán)空注入耐高壓液體，液面與上密封蓋留有一定間距。將上密封蓋安裝至套管頂部，擰緊螺栓保證井筒系統(tǒng)的密封性，連接好各閥門(mén)與傳感器。打開(kāi)氣瓶1，在油層套管與外管之間注氣加壓，以模擬地應(yīng)力對(duì)管柱的擠壓作用。

（4）打開(kāi)氣瓶2，在水泥環(huán)底部注氣，將底部壓力p1調(diào)至2.5 MPa，用以對(duì)水泥環(huán)開(kāi)展氣密檢測(cè)。

（5）打開(kāi)氣瓶3，向油層套管內(nèi)注氣加壓，達(dá)到目標(biāo)試驗(yàn)壓力后，關(guān)閉氣瓶；打開(kāi)泄壓閥門(mén)，進(jìn)行泄壓；泄壓至指定壓力，控制系統(tǒng)自動(dòng)記錄測(cè)試過(guò)程中系統(tǒng)壓力變化。

（6）觀察水泥環(huán)底部注入壓力p1是否降低。若降低表示水泥環(huán)已密封失效；若未降低，說(shuō)明水泥環(huán)密封良好。重復(fù)步驟5，進(jìn)行后續(xù)輪次循環(huán)加卸載，每組均進(jìn)行30輪次的循環(huán)加載。結(jié)束試驗(yàn)，保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 水泥石力學(xué)及孔滲測(cè)試結(jié)果

水泥石在循環(huán)加載前后力學(xué)測(cè)試過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖6所示，抗壓強(qiáng)度、彈性模量、滲透率及孔隙度統(tǒng)計(jì)如表1所示。

由表1可見(jiàn)，水泥石初始抗壓強(qiáng)度（δmax）和彈性模量分別為32.2 MPa、7.2 GPa。循環(huán)加載上限設(shè)定為25.5 MPa（0.8δmax），經(jīng)循環(huán)加載后抗壓強(qiáng)度和彈性模量分別為30.6 MPa、6.8 GPa，抗壓強(qiáng)度和彈性模量分別降低 4.96%、5.55%。分析認(rèn)為，在循環(huán)載荷作用下水泥石內(nèi)部產(chǎn)生微觀結(jié)構(gòu)損傷，如微裂隙、微孔隙密度增高等，導(dǎo)致水泥石基質(zhì)承載能力降低，宏觀上表現(xiàn)為抗壓強(qiáng)度及彈性模量的降低。但兩者降低幅度均較小，在可接受范圍內(nèi)，說(shuō)明水泥石有較強(qiáng)抵御循環(huán)載荷的能力，在井下實(shí)際循環(huán)注采氣過(guò)程中水泥環(huán)可以保持較高的力學(xué)完整性。循環(huán)加載前初始孔隙度、滲透率分別為8%、0.02 mD，循環(huán)加載后孔隙度、滲透率分別為22%、0.08 mD，分別增加1.75倍和3.00倍。證實(shí)了循環(huán)載荷作用下水泥石內(nèi)部會(huì)萌發(fā)微孔隙微裂縫，導(dǎo)致孔隙度及滲透率有較大幅度增加。但當(dāng)水泥石滲透率超過(guò)0.1 mD時(shí)氣體才會(huì)通過(guò)水泥石基質(zhì)泄漏［19］，因此在30輪次循環(huán)加載后水泥石基質(zhì)仍然保持對(duì)氣體的密封性，可以由此推理井底氣體不會(huì)通過(guò)水泥環(huán)本體泄漏至地面。

3.2 循環(huán)加載水泥石應(yīng)力應(yīng)變發(fā)展及CT掃描微觀結(jié)構(gòu)特征

循環(huán)加載過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖7a所示，循環(huán)加載過(guò)程中的累積塑性應(yīng)變結(jié)果統(tǒng)計(jì)如圖7b所示。由圖7可見(jiàn)，在第一個(gè)加載輪次就產(chǎn)生了不可恢復(fù)的塑性應(yīng)變，初始塑性應(yīng)變值為0.17%；隨著循環(huán)加載輪次的增加，塑性應(yīng)變值不斷累積增加，到第30輪次累積塑性應(yīng)變值為0.59%。分析認(rèn)為在循環(huán)加載過(guò)程中水泥石出現(xiàn)微結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)而產(chǎn)生塑性變形，塑性變形在卸載過(guò)程中不能恢復(fù)，且隨著循環(huán)加載輪次的增加微結(jié)構(gòu)損傷程度逐漸增加。

水泥石循環(huán)加載后內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)CT掃描形態(tài)如圖8所示。圖8中透明處為正常水泥石基質(zhì)形態(tài)，呈現(xiàn)黃色部分為產(chǎn)生微觀結(jié)構(gòu)損傷處形態(tài)。損傷密度越高顏色越深，可見(jiàn)微觀損傷在水泥石兩端產(chǎn)生密度最高，微觀結(jié)構(gòu)損傷由兩端至中心呈輻射狀延伸，但損傷并未交聯(lián)到一起。由于水泥石兩端直接承載壓力測(cè)試機(jī)的載荷，導(dǎo)致水泥石微觀損傷程度由兩端至中心逐步減弱，可由此反推井下水泥環(huán)在循環(huán)注采壓力下由內(nèi)壁向外壁微觀損傷程度逐步遞減。

3.3 循環(huán)加載下水泥環(huán)密封失效及微環(huán)隙形成規(guī)律

3.3.1 循環(huán)加載下水泥環(huán)密封性測(cè)試結(jié)果

總共9組不同注采壓力試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如圖9所示。每組結(jié)果均記錄了套管內(nèi)壓、水泥環(huán)底部注氣壓力、水泥環(huán)頂部監(jiān)測(cè)壓力3組壓力數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化過(guò)程。由圖9可見(jiàn)：在前幾個(gè)注采輪次水泥環(huán)底部注氣壓力恒定不變，水泥環(huán)頂部監(jiān)測(cè)壓力為0，說(shuō)明水泥環(huán)密封完好；隨著注采氣過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行，各組試驗(yàn)均出現(xiàn)了水泥環(huán)底部注入壓力的降低及水泥環(huán)頂部監(jiān)測(cè)壓力的升高，最終水泥環(huán)頂部壓力與底部壓力趨于相同值。這說(shuō)明氣體從底部突破水泥環(huán)流向頂部造成頂部壓力升高，證實(shí)水泥環(huán)上下連通出現(xiàn)密封失效。試驗(yàn)精確還原了儲(chǔ)氣庫(kù)注采工況下水泥環(huán)密封失效真實(shí)場(chǎng)景，可對(duì)研判儲(chǔ)氣庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)空帶壓規(guī)律提供重要參考。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在注氣壓力分別為20、21、22、23、24、25、26、27、28 MPa時(shí)，水泥環(huán)密封失效分別出現(xiàn)在第29、28、27、26、25、23、21、18輪次。由此可見(jiàn)，注氣壓力越高，水泥環(huán)密封性失效出現(xiàn)的時(shí)間越早。分析認(rèn)為，注氣壓力越高水泥環(huán)系統(tǒng)承受的應(yīng)力水平越高，越易出現(xiàn)水泥環(huán)本體及界面的破壞。且在較低壓力基礎(chǔ)上增加單位注氣壓力水泥環(huán)密封性失效進(jìn)展速度較低，在較高壓力基礎(chǔ)上增加單位注氣壓力水泥環(huán)密封性失效速度會(huì)加劇。目前H儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)氣壓力不高于26 MPa，試驗(yàn)結(jié)果提示，若繼續(xù)增加儲(chǔ)氣壓力，水泥環(huán)密封性失效風(fēng)險(xiǎn)會(huì)加速增加。從延長(zhǎng)水泥環(huán)密封時(shí)間的角度而言，不建議繼續(xù)提高儲(chǔ)氣壓力。

3.3.2 循環(huán)加載對(duì)水泥環(huán)界面微環(huán)隙寬度影響

循環(huán)加載水泥環(huán)密封性測(cè)試進(jìn)行完畢后，經(jīng)檢測(cè)在各組循環(huán)壓力下均未出現(xiàn)水泥環(huán)本體的破壞；但水泥環(huán)與內(nèi)層套管界面（一界面）均出現(xiàn)剝離形成了微環(huán)隙；水泥環(huán)與中層套管界面（二界面）未出現(xiàn)微環(huán)隙。微環(huán)隙形態(tài)如圖10所示。分析認(rèn)為，在循環(huán)內(nèi)壓作用下，由于套管與水泥環(huán)彈性力學(xué)性質(zhì)的差異導(dǎo)致兩者變形不協(xié)調(diào)，繼而造成兩者界面產(chǎn)生破壞［20-21］。由于水泥環(huán)本體擁有較高的機(jī)械強(qiáng)度，注采氣壓力不足以直接造成水泥環(huán)本體的破壞；當(dāng)套管內(nèi)壓力傳遞到水泥環(huán)中時(shí)，由于水泥環(huán)本體的緩沖作用，二界面受力相對(duì)較小而不易產(chǎn)生破壞［22-23］。系列試驗(yàn)證實(shí)H儲(chǔ)氣庫(kù)B環(huán)空帶壓為一界面破壞所致，因此H儲(chǔ)氣庫(kù)后續(xù)新建井固井時(shí)應(yīng)著重提高一界面膠結(jié)強(qiáng)度。

為精確測(cè)量微環(huán)隙尺寸，在裂縫處采取特殊切割方式切取界面試樣，嚴(yán)格保證切割過(guò)程中裂縫原始尺寸不受外界擾動(dòng)影響。將界面試樣置于電鏡下觀察裂縫形態(tài)并精確測(cè)量裂縫尺寸，裂縫形態(tài)電鏡掃描如圖11所示。

由圖11可見(jiàn)，水泥環(huán)與套管之間出現(xiàn)了不同程度的剝離形成縫隙。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在注氣壓力為20、21、22、23、24、25、26、27、28 MPa時(shí)，微環(huán)隙寬度分別為306、315、326、347、359、377、395、411、426 μm?？梢?jiàn)隨著循環(huán)加載上限壓力的升高，微環(huán)隙寬度呈接近線性趨勢(shì)增加。目前H儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)氣壓力為26 MPa左右，若繼續(xù)提高壓力水泥環(huán)微環(huán)隙尺寸將會(huì)增大，環(huán)空氣體泄漏會(huì)更加嚴(yán)重。從降低微環(huán)隙尺寸角度而言，也不建議繼續(xù)提高儲(chǔ)氣壓力。

4 結(jié) 論

（1）將取自H儲(chǔ)氣庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)水泥漿配方材料制成的水泥石經(jīng)過(guò)循環(huán)加載后，抗壓強(qiáng)度、彈性模量均有一定降低，證明循環(huán)載荷對(duì)水泥石力學(xué)性能構(gòu)成損傷，但損傷程度有限；孔隙度、滲透率均增加，說(shuō)明循環(huán)載荷增加了水泥石氣體滲透能力，但依然能有效阻止氣體從水泥基質(zhì)泄漏。

（2）第一個(gè)循環(huán)加載輪次水泥石就產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性應(yīng)變，隨著循環(huán)加載輪次的增加，塑性應(yīng)變值不斷累積增加。分析認(rèn)為循環(huán)載荷造成水泥石微觀損傷，產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形，循環(huán)加載輪次越多結(jié)構(gòu)損傷越嚴(yán)重。

（3）循環(huán)加載后的水泥石CT掃描形態(tài)證實(shí)水泥石中出現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)損傷，且損傷形態(tài)由兩端至中心呈輻射狀延伸。因水泥石兩端直接承載壓力測(cè)試機(jī)的載荷，導(dǎo)致水泥石損傷程度由兩端至中心逐步減弱，可由此反推井下水泥環(huán)在循環(huán)注采壓力下由內(nèi)壁向外壁微觀損傷程度逐步遞減。

（4）全尺寸試驗(yàn)證實(shí)，在循環(huán)載荷作用下水泥環(huán)一界面脫粘形成微環(huán)隙，底部氣體沿著微環(huán)隙上竄導(dǎo)致上部B環(huán)空帶壓，水泥環(huán)本體及二界面在各組測(cè)試壓力下均未出現(xiàn)破壞，且儲(chǔ)氣壓力的升高導(dǎo)致一界面微環(huán)隙寬度呈接近線性趨勢(shì)增加。目前H儲(chǔ)氣庫(kù)注氣壓力為26 MPa左右，若繼續(xù)提高儲(chǔ)氣壓力微環(huán)隙尺寸將會(huì)增大，環(huán)空氣體泄漏會(huì)更嚴(yán)重，為降低微環(huán)隙尺寸及密封性失效風(fēng)險(xiǎn)，不建議繼續(xù)提高儲(chǔ)氣壓力。

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