When cementing is required in marine deepwater hydrate formations, the heat released from the hydration process of oil well cement can easily lead to hydrate decomposition. It is necessary to clarify the initial phase transition temperature of the hydrate layer under the influence of cement waiting for setting so that it can meet the stability of the hydrate layer during cementing. In this paper, based on the actual conditions of offshore deepwater cementing, the coupled temperature field model of cement sheath hydration heat source-well wall hydrate decomposition is established by considering the hydration heat release during the cement waiting process and the phase change heat absorption of the well wall hydrate. Combined with the established model, the hydrate formation in the deepwater region of the ocean was selected and matched with suitable oil well cement for simulation. Through simulation, the critical temperature range (291–295 K) for the initial phase transition of the hydrate layer at 10–15 MPa was clarified and the relationship between the critical values of cement hydration heat release to maintain hydrate stability at different initial temperatures of the formation was established. The phase stability law of hydrates in the formation under cement sheath hydration heat release was revealed, providing a theoretical basis and guidance for the development of low-hydration heat release cement slurry systems.

Abstract In the field of hydrate formation cementing, the method of developing the low hydration exothermic cement systems cannot effectively solve the problem of hydrate dissociation caused by the hydration heat release of cement. Therefore, we proposed a new approach to address this issue by employing cement additives that can effectively delay the dissociation of hydrate. In our previous work, we designed a novel hydrate dissociation inhibitor, PVCap/dmapma, however, its applicability with cement slurry remains unverified. In this study, we established a more realistic model of oilwell cement gel based on experimental data. Additionally, we investigated the potential effects of PVCap/dmapma on the microstructure and mechanical properties of cement gel through molecular simulations. The results suggest that PVCap/dmapma has no negative effect on the performance of cement slurry compared to Lecithin. By adding PVCap/dmapma to cement slurry, the problem of cementing in hydrate formations is expected to be solved.

Salt rock has a good sealing ability for oil and gas, but the creep of salt rock may cause wellbore integrity failure, and even cause safety accidents and economic losses in serious cases. Based on the creep law of salt rock obtained from the creep experiment of salt rock, the finite element model of casing-cement sheath-formation combination in salt rock formation is established. The effect of formation creep on the integrity of cement sheath under different uniform in-situ stress conditions is studied. The results show that the creep of salt rock will cause the shear failure of the cement sheath; reducing the elastic modulus of the cement sheath and increasing the Poisson's ratio of cement sheath will reduce the risk of shear failure of the cement sheath.