纤维与胶乳改善油井水泥石动态力学性能实验

油井水泥石属于脆性材料,其在动态下的力学性能与静态下的情况相比有显著的差异.确定了水泥石的动态力学性能评价参数为水泥石的弹性模量和水泥石的破碎吸收能.利用霍布金森装置对纤维与胶乳改善水泥石在动载条件下的力学性能进行了试验研究,结果表明,纤维和胶乳的加入可使水泥石的弹性模量大幅度降低,使水泥石的破碎吸收能得到提高,动态力学性能得到明显的改善.     

一种固井合成水泥石的研制与室内评价

对一种基于环氧树脂的合成水泥石技术进行了研究,通过研制不同密度的浆体,考察了浆体在不同温度下的可泵性、力学性能、抗污染性能、胶结强度以及清洗问题。研究结果表明,采用减轻剂(如玻璃微珠)或加重剂(如炭黑、micro Max),并配套防沉降剂,可得到密度范围为0.8~1.80 g/cm3的合成水泥石;采用不同活性芳香胺类固化剂、固化促进剂及其组合,可实现合成水泥浆在45~125℃范围内的泵送要求;合成水泥石力学性能远好于基于橡胶粉改性的弹韧性水泥石;合成水泥浆抗油基钻井液污染可达30%。另外,合成水泥浆还能明显提高油井水泥的胶结强度;使用20%的乙醇水溶液,可较容易地清洗残留在器皿上的合成水泥浆。该合成水泥石是一种非常理想的油井封隔材料。     

水泥石力学变形能力的影响因素实验分析

针对从实验角度计算水泥石在一定井下条件的变形能力研究相对较少的问题,结合弹性耦合力学模型,利用实验结果计算并分析了在一定工况下,水泥浆配方、实验温度、围压、养护时间、水泥环厚度5个方面对水泥石变形能力的影响。结果表明,加入弹韧性材料能够降低水泥环的弹性模量,且加入胶乳后的水泥环力学变形能力较纤维水泥环明显要好;随着养护温度的升高,水泥石的弹性模量减小,从而增加了水泥环的总变形能力;随着围压的增大,水泥环变形能力有减弱趋势;随着水泥环在井下的时间增长,在一定程度上提高了水泥环的力学变形能力;虽然水泥环厚度对水泥石自身性能无影响,但水泥环厚度从38.1 mm减小到19.1 mm,水泥环在井下条件的变形可增大85.5%。     

改性碳纳米管对水泥石力学性能的影响

为满足储气库和高压油气井对水泥石力学性能的要求,优选了改性碳纳米管TNIMH4(—OH)和TNIMC6(—COOH)。考察了他们对水泥浆综合性能及水泥石力学性能的影响。通过抗压强度实验可知,掺入0.01%的TNIMH4能使水泥石强度增加4.32%;掺加0.07%的TNIMC6能使水泥石强度增加19.18%,当TNIMC6与TNIMH4加量相同时,添加TNIMC6的水泥石强度大于添加TNIMH4的水泥石强度。通过三轴岩石力学实验可知,添加TNIMC6的水泥石的三轴抗压强度比空白组增加了41.21%,弹性模量由3 692.5 MPa增加到4 366.5 MPa。通过扫描电镜观察发现,低加量的碳纳米管能在水泥石中较好地分散,随着碳纳米管含量的增加,碳纳米管在水泥石中开始出现团聚现象,增大了水泥石的不均质性,影响水泥石的强度。     

常见无机盐对油井水泥石抗压强度的影响机理

在井下盐膏层中水泥石受各种无机盐侵蚀,易出现长期强度发展缓慢、结构破坏现象,研究无机盐对水泥石抗压强度的影响机理,对减缓无机盐侵蚀水泥环,提高油气井使用寿命具有重要意义。通过考察90℃时含氯化钠水泥石受碱金属氯盐、硫酸盐饱和溶液侵蚀强度衰退的程度,研究了水泥石抗压强度衰退规律和影响原因。实验结果表明,含5%氯化钠水泥石能抵抗硫酸盐、氯盐的侵蚀,水泥石强度大;内部盐增加到10%,会导致水泥石内部孔隙增多,受侵蚀深入,破坏结构;氯盐、硫酸盐侵蚀水泥石时生成膨胀性物质,堵塞水泥石内部空隙,促进强度增长,膨胀性物质生成量超过孔隙承受量时破坏孔隙,膨胀破坏达到平衡时强度趋于稳定。     

油井水泥石增强用材料的制备与性能评价

橡胶颗粒表面的亲水性差、与水泥胶结性欠佳,作为弹性粒子用于固井会降低水泥石的抗压强度.为改善现有技术的不足,以二苯基甲烷二异氰酸酯、聚环氧丙烷二醇、硅酸盐水溶液、重质碳酸钙等为原料制备了一种多相颗粒材料,并对其结构进行了表征.在水泥中加入多相颗粒制得水泥浆或水泥石,评价了水泥浆的流变性、稳定性和水泥石的力学性能.结果表...     

胶乳对水泥石韧性性能的影响

室内实验考察了胶乳添加前后水泥石韧性性能的变化以及胶乳添加量对水泥石韧性性能的影响。结果表明,与普通水泥石相比,胶乳水泥石的抗压强度降低、抗折强度提高,从而整个体系表现出刚性降低、柔性增大的特点。胶乳添加量为20％时,胶乳水泥石的脆性系数下降约50％,单位面积抗冲击功增加91％以上。     

硅粉对水泥石强度发展影响规律

硅酸盐油井水泥石强度都有临界温度,当达到临界温度以上时,水泥石强度要发生衰退,水泥石渗透率增大,甚至水泥石强度完全丧失,严重影响了油气井测试、开发等后期作业的顺利进行.在水泥中添加适量的高温强度稳定剂硅粉,将C/S摩尔比降到1.0左右,不但解决了高温下水泥石强度衰退问题,而且能提高水泥石强度.通过室内试验,研究分析了纯油井水泥石强度在高温下强度发展规律及强度发生衰退的原因,并从硅粉细度、加量以及温度等方面,研究分析了硅粉与水泥石强度发展之间的关系,找到了高温强度稳定剂对水泥石强度发展的影响规律.即:高温条件下,随着硅粉加量的增加,水泥石强度增大,而且硅粉细度越小,其强度增高的越大;水泥石在高温下反应初期发生了小幅度强度衰退,当硅粉参与反应后,水泥石进行二次强度发展,而且硅粉越细,二次强度发展越早,强度也越高.     

SO42?和HCO3?对油井水泥石的侵蚀研究

利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、强度检测仪检测受腐蚀水泥石的产物、微观结构及抗压强度,分析调整井三次采油过程中HCO3? 和SO42?共同作用下油井水泥石的腐蚀作用,研究腐蚀对强度产生的影响规律,为合理设计抗腐蚀水泥浆体系提供基础。结果表明:38~60 ℃条件下,SO42?与HCO3?协同侵蚀作用下,水泥石的主要腐蚀产物为石膏、钙矾石和方解石,水泥石物质组成及微观结构被改变,侵蚀后水泥石的强度比SO42?或HCO3?单独腐蚀时更低;腐蚀达到及超过21 d时,水泥石强度低于未腐蚀水泥石,随腐蚀时间的延长及混合液浓度的增高,强度大幅度下降;腐蚀14 d以内时,腐蚀后水泥石的强度随温度升高呈增加趋势,腐蚀达到及超过21 d时,随温度升高水泥石强度呈下降趋势。     

油井水泥石断裂韧性的实验研究

固井施工时,由于原因,会在水泥石中形成裂缝等初始缺陷;在射孔等作业中,在冲击载荷作用下,裂缝将迅速扩展产生大裂缝,容易造成含油夹层段窜槽,给开发等工作带来不利影响。文中引入水泥石的断裂韧性这一概念进行了增强经石断裂韧性机理分析,并分别采用“霍布金森法”和“焦散线法”进行了不同配方水泥石的动态断裂韧性测定实验,对增强水泥石断裂韧性的有效途径进行了实验探索,并结合模拟射孔实验结果,提出了能够抵抗射孔冲     

GJ-1保护气层防气窜水泥浆体系研究

分析了低渗透气田气层对水泥浆性能的要求和水泥浆抗气窜水泥浆体系。对该水泥 本系从宏观到微观，从水泥浆性质到水泥石特性进行了试验。结果表明，GJ－1水泥外加剂调整了水泥石内部的微观结构，提高了水泥石的韧性和抗冲击性；低失水量降低了水泥浆对产层的污染性；该水泥浆体系具有塑性胶乳特性，可使水泥浆具有良好的束缚自由水和固相微粒的能力和提高界面胶结的能力，在低失水量条件下具有形成致蜜坚韧的胶膜的特性，使水泥浆在候期间具有较强的防止地层流体窜入环空的作用，降低了水泥石的弹性系数，改善了水泥石的抗冲击韧性，提高了气层的封固质量，能防止油气水容，保护油气层。     

各种因素对水泥石抗压强度的影响

使用美国 EG&G CHANDLER 公司研制的 4265 型超声波强度测定仪,考察了未加砂水泥浆和加砂水泥浆 24 h 内的强度发展趋势,以及 CH20L 高温水泥浆体系各组分用量对加砂水泥浆 24 h 内抗压强度的影响。结果发现,CH20L 未加砂水泥浆强度呈对数曲线发展,CH20L 加砂水泥浆强度呈二级台阶走势发展,且未加砂水泥浆 24 h 内的强度发展比加砂水泥浆快;早强剂和降失水剂用量的增加及pH 值的升高使加砂水泥石 24 h 强度有所增大,缓凝剂和分散剂用量的增加及水泥浆密度的减小使水泥石 24 h 强度有所减小;不同批样水泥由于化学成分等的差异导致其水泥石强度发展曲线不同。     

水泥环对套管射孔后抗挤毁强度的影响

建立了未射孔套管、不带水泥环射孔套管、外裹水泥环套管的有限元分析模型,对这3种情况下套管的抗挤毁强度进行了对比分析。得出如下重要结论(1)射孔使套管抗挤毁强度显著降低,降低幅度为29%;(2)固结良好的水泥环对于加强射孔套管强度有明显作用,使射孔套管的抗挤毁强度提高188%;(3)水泥环不能抵消射孔对套管抗挤毁强度的伤害,外裹固结良好水泥环的套管,射孔后其抗挤毁强度与无孔套管相比下降156%。     

�̾�ˮ����ϵ�ڲ�ͬ�����µ���ѧ��Ϊ����

??At present, the mechanical testing on the ductility of cement sheath is faced with multiple technical difficulties. In this paper, numerical simulation and laboratory evaluation were adopted to compare the mechanical properties of typical elastic, flexible, ductile and neat cement systems at home and abroad by different loading rates, value range of stress–strain curve, confining pressure and temperature. It is shown that when the loading rate is lower, the stress–strain curve of set cement is not smooth, but distorted, and the stress cannot be responded in time; that when the loading rate is higher, the stress–strain curve of set cement is smooth, and the yield stage is remarkable, indicating that higher loading rate can reflect the yield strain behavior of set cement more truly; that the recommended Young's modulus range of set cement should be changed based on the actual downhole conditions; that temperature has more effect on yield stress and ultimate strain, but less effect on elastic modulus; that confining pressure has more effect on ultimate stress and ultimate strain, but less effect on elastic modulus; and that when the confining pressure is lower and temperature is higher, the yield stage of set cement is more remarkable. It is concluded that these mechanical behaviors of cement system in different conditions provide a technical support for understanding the mechanical essence of downhole cement sheath and exploring the mechanical integrity of cement sheath and even that of the whole wellbore.     

低温早强防气窜水泥浆体系的研究

为满足蓬莱19-3油区浅气层的固井需要,要求低密度水泥浆(1.4～1.9g/cm~3)在较低的适用温度(27～60℃)范围内,具有“低失水、高早强、短过渡、防气窜”等特点。以紧密堆积理论和颗粒级配理论为指导,以漂珠低密度水泥浆为基础,研制了相应的低密度增强剂和配套的外加剂,并开发出一种高性能的低温早强防气窜水泥浆体系。该体系具有浆体沉降稳定性好、游离液少、失水易控制、低温早强等特点,而且具有良好的防气窜性能:在40℃下水泥浆的SPN值小于4;体系水泥石致密,渗透率在0.001×10~(-3)μm~2以下;上下密度差在0.010～0.015 g/cm~3左右,具有一定的微膨胀性能,水泥石不收缩且具有良好的界面胶结性能。该水泥浆在蓬莱(PL)19-3油田已成功应用10余口井,USIT检测表明,固井质量良好。     

油井水泥早强增韧剂ZSJ的室内研究

水泥环可以认为是一个先天带有一定缺陷和微裂缝的脆性材料,这些微裂缝及缺陷使水泥环易受后续施工、射孔等影响,发生脆裂,或与套管、井壁剥离,影响油气井后期开采,缩短油气井的寿命.塑性水泥可以很好地解决水泥环的脆裂问题,它通过掺入高强度纤维,不仅可增加水泥石的强度,而且可改变水泥石的弹性.室内采用具有不同长度分布和合适长径比的混合短纤维(纤维长度均小于4 mm)、粒径为0.180～0.280 mm(60～80目)的橡胶粉、活性微粒和与之相匹配的激活剂制得了早强增韧剂ZSJ.实验发现,ZSJ抗盐性能优良,与其它外加剂有良好的配伍性,增韧剂ZSJ的加入对水泥浆的施工性能基本无影响,但能大大改善水泥石的力学性能,水泥石抗压强度、抗折强度和抗冲击韧性均有不同程度的增长.实弹射孔实验证明ZSJ水泥石能够抵抗射孔等后续施工的冲击,可有效提高水泥环封固质量,防止地层流体窜层,延长油井寿命.     

超细水泥封堵剂研究与应用

在油田高含水开发期,不同类型的水窜,水害严重影响采收率,针对普通油井水尼封堵成功率低的问题,进行了超细水泥封堵剂的研究,室内试验结果表明,超细水泥粒径小,对微孔隙的可渗性好,超细水涨浆流变性好,固时间可调,超细水泥石抗压强度高（达40.6MPa) ,且具有微膨胀性,耐久性和耐高温（达315℃）性能等特点,介绍了超细水泥封堵工艺技术,在辽河油田,大港油田的施工应用表明,超细水泥用量少,施工简便,成功率在90％以上。     

高温高压井水泥浆的研究与实践

讨论了高温高压对水泥石强度的影响规律。水泥石强度在温度低于110℃时随养护温度升高而增加，在高于110℃时随养护温度升高而降低，即发生了水泥石高温强度退化现象，且温度越高退化现象越严重。水泥石抗压强度在养护压力低于21MPa时随压力升高而增加；在高于21MPa时压力的影响不明显。在此基础上优选出了满足吐哈盆地预探井和科学探索井固井要求的抗高温水泥浆，该体系使用中粗硅粉高温稳定剂，RC800降失水剂，USZ分散剂和TW-200R缓凝剂。在勒七井和鄯科一井的固井实践表明，该体系高温性能稳定。施工顺利，固井质量合格。     

固井质量多信息综合评价技术探讨

仅根据套管波幅度曲线评价固井质量的方法只适合于典型的水泥胶结状况和理想的固井质量测井条件。对于大多数实际情况来说,由于固井质量测井响应要受到地层孔渗性能、水泥候凝时间、候凝方式和套管尺寸等多种因素的影响,因此不能仅根据某一种测井信息(不管它多么重要)来评价固井质量,而应以固井质量测井为主,视具体情况参考固井、钻井、地质资料和其他测井数据对固井质量进行多信息综合评价。文中在对影响固井质量测井响应的主要因素进行分析的基础上,讨论了固井质量多信息综合评价技术和方法。