Numerical modeling to evaluate tensile mechanical and shear failure of cement in the casing-cement interface

Modelamiento numérico para evaluar la falla mecánica de tensión y de corte del cemento en la interfaz revestimiento-cemento

This paper presents a numerical model of an integrated 3D casing-cement-formation system, to evaluate the mechanical tensile and shear failure of the cement at the casing-cement interface as the pressure and temperature conditions of the formation and borehole vary during production. The model which includes the formation pressure, unlike others proposed, was developed by stages under finite element discretization and compared to analytical models. Results show that increasing the formation temperature increases the probability of tensile and shear failure in the cement, while increasing the wellbore temperature decreases these probabilities. On the other hand, the decrease in the well pressure reduces the probability of shear failure and increases the tensile failure. In the case of formation pressure, the opposite occurs.

Este artículo plantea el desarrollo de un modelo numérico 3D del sistema revestimiento-cemento-formación, para evaluar la falla mecánica de tensión y de corte del cemento en la interfaz revestimiento-cemento a medida que varían las condiciones de presión y temperatura de la formación y del pozo durante la producción. El modelo numérico, diseñado por etapas bajo una discretización por elementos finitos y validado mediante modelos analíticos, incluye la presión de poro de la formación, a diferencia de otros propuestos. Los resultados muestran que el incremento de la temperatura de formación aumenta la probabilidad de falla de tensión y de corte en el cemento, mientras el aumento de temperatura del pozo disminuye estas probabilidades. Por su parte, la disminución de la presión del pozo, reduce la probabilidad de falla de corte y aumenta la de tensión. En el caso de la presión de poro ocurre lo contrario.