将O形密封圈橡胶件置于高压反应釜内,充入CO2加压、稳压再泄压进行气体快速减压橡胶失效实验。实验结果表明,随着压力、减压速度和截面直径的增加,橡胶试样体积膨胀率增大,甚至发生破裂失效;扫描电镜分析表明:橡胶试样内存在大量微孔、颗粒夹杂等缺陷,并在减压过程中膨胀、破裂,产生初始微裂纹。同时,明确了气体快速减压时橡胶的失效机理和影响因素。

水平井射孔段井筒由于孔眼的存在,在分段压裂过程中应力集中现象极易加剧固井水泥环的破坏。此外,由于高压压裂液直接作用在水泥环孔眼壁面上,使其完整性在压裂过程中遭受的挑战更大。建立了热流固耦合数值模型旨在分析分段压裂过程中射孔段水泥环内部的温度与应力变化,研究了套管内压、压裂液排量、水泥弹性模量、孔径与孔密对于水泥环密封完整性的影响规律。计算结果表明,压裂过程中水泥环一界面、二界面以及孔眼处均会产生剪切破坏。考虑瞬态力热耦合作用时,水泥环孔眼处失封风险提高。压裂液排量、孔径与孔密对水泥环切向应力影响较小;套管内压与水泥环弹性模量的降低虽然可在一定程度降低剪切破坏系数,但难以避免射孔段水泥环压裂初期的剪切破坏。