摘要：为了确定固井水泥凝固过程中套管和水泥环初始载荷状态，综合考虑水泥凝固过程中体积膨胀和材料参数的变化规律，推导出水泥凝固过程中环空界面的径向应力理论解。在理论解推导过程中，将水泥环的凝固过程分为多个时间步长，在每一个时间步长中，先计算水泥环无载荷状态下的原始半径，然后依据套管、膨胀后的水泥环和地层3者的协调变形条件，计算出变形后的径向应力，并将其和变形后的半径值一起作为下一步计算的初始数据。通过室内实验测量了套管和地层在水泥凝固过程中的环向应变，实验结果证明了理论解的正确性。计算和实验结果表明，水泥环在凝固过程中，内外两个界面的径向应力均为压应力，其绝对值随着井壁岩层弹性模量的增加而增加。水泥环的弹性模量越大，其凝固过程中对井壁产生的径向压应力越大，而对套管外壁产生的径向压应力反而越小。故对不同弹性模量的地层应采用适宜弹性模量的水泥固井，以达到使系统载荷均衡的目的。

关键词：水泥环 水泥凝固 环空界面 径向应力 理论解 

单位：哈尔滨工业大学航天学院 中国石油天然气集团公司大庆钻井工程技术研究院