粉煤灰——漂珠复合低密度水泥浆固井试验与应用

针对吴起地区固井中一些低压地层由于破裂压力低,不能承受常规水泥浆液柱压力,出现固井水泥浆漏失、水泥返高达不到设计要求的问题,开展了低密度水泥浆体系研究。通过室内试验,对减轻材料粉煤灰、漂珠及二者复合体系进行了较系统的研究,确定了适合的配方。研究选用增稳剂ZW 加入低密度体系,提高了低密度水泥的强度。实验结果及现场实践表明: 用减轻材料配制低密度水泥浆及降低水泥浆液柱压力,是确保低压易漏地层固井水泥浆返高的有效途径,对提高固井质量和延长油井寿命都将起到积极作用。     

纳米二氧化硅在固井水泥浆中的应用研究进展

近年来,纳米二氧化硅由于其本身超高的比表面积及与水泥的火山灰反应,在石油天然气工业中引起了广泛的关注。本文系统梳理了纳米二氧化硅在固井水泥浆中的研究现状,着重介绍了纳米二氧化硅对固井水泥浆的失水量和稠化时间、对水泥石的力学性能和微观结构的影响,总结了NS在高温条件下的性能表现,探讨了纳米二氧化硅在固井水泥浆的应用中存在的问题、面临的挑战以及未来的发展方向,以期对纳米二氧化硅在固井领域的 应用和发展有所帮助。     

固井水泥浆主要性能模糊评价方法研究

根据不同模糊数学隶属函数分布曲线的形状和走向,分别选取适合描述水泥浆稠化时间、流性指数、API滤失量、抗压强度和析水性能的模糊分布,以实际固井的水泥浆实测性能综合评分与实际固井质量评分对比,优选了相关隶属函数的参数。以5口井的实际固井为例,验证了评价方法的可靠性,所得到的评价结果与现场固井胶结质量的平均拟合误差由文献\[4\]中的±12.26%减小到±3.34%。证明本研究所确定的评价方法可作为水泥浆体系及外加剂的优选方法,合理确定固井质量。     

延长油田西部区域水平井固井水泥浆体系优化技术

分析了目前延长油田西部区域固井现状及造成固井质量差的原因,据此提出了适合延长油田西部地区水平井固井水泥浆性能的要求,优选出了适合该地区水平井固井的水泥浆体系。该水泥浆体系具有低滤失、零自由液、高沉降稳定性、好流变性,有利于提高浆液顶替效率。形成的水泥石具有不收缩、微膨胀、早强的特点,满足水平井射孔、后期压裂改造等工程施工的要求。最终形成了一整套适合延长油田西部地区水平井固井的水泥浆体系。     

填料对地热井固井材料导热性能的影响

在地热井固井水泥中加入导热填料能够明显改善水泥石导热性能,提升地热井取热效果。在总结导热路径理论和紧密堆积理论的基础上,通过试验研究不同填料种类、粒径及掺量对固井水泥导热性能的影响。试验结果表明：较其他种类填料,石墨对水泥石导热性能提升效果最好;石墨粒径越大对应水泥石导热系数越高。不同粒径的石墨混合,较单一粒径石墨对水泥石导热性能的提升效果更好,其最优混合配比为：石墨粒径为150 μm与100 μm,质量比为2：1。随着石墨掺量增加,固井材料的导热系数逐渐增大,但流动度和48 h抗压强度逐渐降低。参照固井相关规范,提出固井材料中石墨掺量应控制在9%左右为宜。研究成果为地热井高导热固井材料的制备提供借鉴。移动阅读     

水泥浆失重对高压油气井固井质量的影响分析及工艺对策

高压油气井由于存在高压地层,在整个钻井工程中都引起了高度重视。有些高压油气井可能还存在低压易漏层。在固井候凝过程中,水泥浆会产生失重,进而降低了井筒内的液柱压力,如果液柱压力低于失重井段的地层压力,地层流体将会向环空侵入,造成窜槽,甚至会引发井控事故;如果液柱压力高于地层（破裂）压力将引起地层漏失,进而污染油气层,造成水泥浆低返。因此,处理好固井过程中井筒内动态压力和地层压力的关系以及制定相关的应急措施是高压油气井固井成败的关键。分析了水泥浆失重对高压油气井固井质量的影响因素,提出了高压油气井油气水侵的预防措施和固井中相关风险的应急措施和机制。     

泡沫固井水泥浆密度与环空液柱压力变化规律研究

超低密度泡沫水泥浆是解决低漏失压力井固井漏失,提高固井质量的有效措施。除泡沫水泥浆体系的开发与性能优化外,掌握泡沫水泥浆在环空内产生的静液柱压力随井深的变化规律,是成功实施该工艺技术的前提。借助实际气体状态方程,考虑温度、压力变化对充入氮气的影响,建立了静液柱压力和水泥浆密度与井深之间的数学模型,以迭代法编程求解该隐函数方程,并借助VB语言实现程序运算。分析了含气量变化、井深等因素对泡沫水泥浆密度及静液柱压力的影响规律,并提出了泡沫水泥浆“防漏”与“压稳”固井浆柱结构设计思路,为该工艺平衡压力固井设计提供了一定的参考和理论依据。该设计方法经现场应用,证实其运算结果的可靠性。     

水合物地层低热固井水泥浆用相变微胶囊的制备及应用

当深海固井遇到天然气水合物地层时,由于水泥浆水化放热,导致水合物的相变平衡条件发生改变,诱发水合物分解,引起二界面胶结质量下降等问题。为提高水合物地层固井质量,可向水泥浆中添加具有吸热控温作用的相变微胶囊,可有效降低固井水泥浆的水化升温。基于此,以配比石蜡为控温芯材、碳酸钙为壁材,利用自组装法制备了一种使用于深水水合物地层固井水泥浆控温微胶囊。由于固井水泥浆在达到水合物地层的过程中,外界温度环境复杂,单一相变温度的控温芯材极易失效。为扩展控温区间,选用切片石蜡与白油作为混合芯材,控温区间达到14.8~39.8 ℃。研究表明,该微胶囊表观形态良好、彼此无团聚,在热循环过程中,不易发生泄漏。与水泥浆复配后,对水泥浆流变性能无明显影响。在低掺加量时,微胶囊主要起降低水泥浆峰值温度的效果,并提升水泥石整体力学强度;高掺加量时,微胶囊既可以有效降低水泥浆峰值温度,也可以明显地延缓水泥浆放热速率。     

天然气水合物钻探低温低密度水泥浆体系优选试验

针对天然气水合物钻探对固井水泥浆的特殊要求,经过大量试验,优选出一种新型低温低密度水泥浆体系：100%G级油井水泥+15%漂珠+10%～15%微硅+8%超细矿渣+1%消泡剂+0.5%降失水剂+2.5%分散剂+2%硅烷偶联剂+5.6%～6%偏硅酸钠+8%～8.5%氯化钙+0.3%三乙醇胺+1%氯化钠（水固比0.7）。该水泥浆体系在低温条件下的密度、稠化时间、抗压强度、流变性和泌水量均可满足天然气水合物钻探固井要求。     

外加剂对低温水泥浆性能的影响试验研究

为解决在普通硅酸盐水泥（P.O42.5）或混凝土施工中遭遇低温环境而不能顺利凝固的问题。对普遍使用的硅酸盐水泥进行了基础性能测试试验,使用早强剂与高效减水剂对水泥进行调整性能,寻找出最佳的调整方案,对比调整前后水泥浆及水泥石强度等各项数据。结果表明10%早强剂、2‰JSS高效减水剂的调整方案较好地改善了水泥浆的流动性、凝结时间、水化热放热速率、结石率及水泥石的早期强度等问题。研究成果对低温条件下的混凝土施工有一定的参考价值。     

基于椭球模型的圆砾堆积特性分析

堆积特性是颗粒形状、大小等因素的综合体现,也在一定程度上反映了颗粒集合体的力学特性。以河流冲积型圆砾土中主要占比的10～50 mm圆砾为对象,利用数字图像技术,通过对大样本圆砾颗粒的形态特征分析,选取轴向系数作为圆砾的形状特征参数,并据此提出了圆砾颗粒的椭球模型构建方法,建立了与实际圆砾料在形状和大小上同分布的圆砾椭球模型数据库,进而通过数值堆积试验分析了单粒组圆砾料的堆积特性,并与室内圆筒堆积物理试验进行对比。有以下结论：圆砾的形态特征主要体现在宏观轮廓形状,棱角特性不明显;圆砾堆积数值模拟结果表明,不同大小粒组圆砾堆积孔隙比变化较小;颗粒间摩擦系数对于堆积孔隙比有显著影响,摩擦系数介于0～0.4时,孔隙比变化剧烈,随后逐渐趋于平缓;室内圆筒堆积试验结果验证了椭球模型模拟圆砾堆积的有效性,标定了重力堆积条件下圆砾料颗粒间摩擦系数约为0.3。     

渤钻低密度固井水泥浆降低煤层气储层伤害的实验

针对煤层气井传统的固井水泥密度较大,在固井过程中产生较大压差,影响半径较大,且滤液成分矿化度较高,持续对储层产生伤害的问题,通过对比渤海钻探所使用的低密度固井水泥浆(统称渤钻浆)和常规固井水泥浆的失水量、滤液性能和稠化时间,并通过分析其滤液成分、电导率、渗透率回复率和计算污染半径,评价了渤钻浆降低煤层气储层伤害的能力。结果表明:渤钻浆失水量比常规固井水泥浆小一半,并且滤液黏度高、矿化度低和电导率低,使渤钻浆污染的煤样渗透率降低为28.97%(常规水泥浆污染的煤样渗透率降低为65.87%),渗透率恢复率为89.81%(常规水泥浆渗透率恢复率为61.18%)。综合来看渤钻浆不仅密度低,形成压差小,保证煤层稳定,还减小污染半径,降低了对煤层气储层的伤害。     

管道压浆浆液外加剂类型及掺量影响研究

预应力管道压浆浆液外加剂种类及配合比的选取是管道压浆工艺的重要部分。为研究减水剂和矿物掺和料对管道压浆浆液的影响及作用机理,进而研制一种流动性、保水性及力学性能优异的管道压浆浆液,本研究采用单组分掺和试验的方法,对掺有减水剂与矿物掺合料两种不同压浆浆料进行流动性、压力泌水率、沉积密度比、抗压及抗折性能试验研究,并得到不同掺量外加剂对压浆浆液和易性与力学性能的影响和作用机理,以及合适的外加剂掺量配比。研究表明：聚羧酸减水剂30 min与60 min流动度最佳,且压力泌水率表现也较为良好,综合考虑聚羧酸减水剂为压浆浆液的优良减水剂;聚羧酸减水剂掺量在0.4%～0.5%时,浆液的流动性与保水性表现良好,随掺量的继续增加,流动性提升较小;微珠由于其物理性质以及化学性质,对提高压浆浆液和易性与力学性能的效果较为明显;微珠掺量在10%～15%时,压浆浆液的和易性达到临界状态。     

基于岩石力学特性和机械比能理论的钻头评价和优选

针对川西某构造的地质构造和地层特征,本文以井史资料和测井数据为基础,建立了地层强度参数和岩石力学参数剖面,得出了分布规律,即岩石强度和可钻性级值普遍较高,且变化趋势同弹性模量、粘聚力、内摩擦角等力学参数一致,在2500～2700 m地层达到峰值,而泊松比则相反,达到最低值。提出了基于岩石力学特性和机械比能理论的钻头评价和优选方法,得出了每段地层钻头的机械比能值,对已使用钻头的使用效果进行系统评价,发现采用的PDC钻头效果不理想,形成了牙轮钻头、孕镶钻头为主的钻头推荐方案,为工区钻井提速设计提供指导。     

颗粒离散元岩石模型的颗粒尺寸效应研究

颗粒尺寸是影响颗粒离散元模型宏观力学性质与计算效率的一个重要因素。为充分考虑由模型随机性导致的模拟结果的不确定性,利用统计学方法对模型的颗粒尺寸效应进行研究。整体检验结果表明：特征长度比L/R的改变对模型力学参数（峰值强度、弹性模量、泊松比及峰值应变）与破坏特征参数（黏结破裂率）的总体分布位置均有显著性影响,且各参数的变异系数会随着L/R的减小而增大。进一步的多重比较结果表明：当L/R≥125时,L/R对峰值强度、弹性模量、泊松比及峰值应变的总体分布位置均无显著影响;当L/R≥79时,相邻3个粒径水平的黏结破坏率总体分布位置无显著性差异;随着L/R的减小,模型损伤程度增加,破坏模式由整体剪切破坏转向局部损伤引起的失稳破坏,最终失去模拟岩石材料的效力。最后,综合各项力学参数的统计学检验结果、模型破坏模式及计算效率,岩石模型颗粒的特征长度比取L/R=200较为合适。     

基于突变和流变理论的采空区群系统稳定性

为预防地下矿山采空区群系统高应变能的突然释放引发的灾害,通过构建顶板-矿柱三维空间力学模型,利用突变理论和流变力学理论对其稳定性及突变倾向性作定量与定性分析,推导出系统在不同时刻突变并释放能量的数学判据和力学条件,提出系统稳定性的分析算法并验证了其有效性和实用性,在此基础上探讨各影响因子对该系统稳定性的影响。结果表明：随着矿柱流变,系统突变倾向性减小,但顶板整体性逐渐破坏且边界条件依次进入固支、简支和自由边3个阶段,维持系统稳定的矿柱有效承载面积比率临界值 仅在各阶段内连续减小,在顶板简支和自由边的阶段起点处 值突跳增大,3个阶段 值的平均减小速率依次降低;顶板刚度D、上覆岩层荷载 、矿柱面积比率 和空区群尺寸之间的数值关系对系统稳定性起主导作用。该研究结果可为矿山安全开采规划和采空区群系统稳定性评判及调控提供新思路和新方法。     

基于广义位势理论的接触面本构模型一般表述

基于广义位势理论建立的岩土体材料本构模型以及岩土体材料与结构接触面本构模型原理相通,只是前者是在三轴剪切试验条件下的三维应力空间建模,后者是在单剪试验条件下的二维应力空间建模。单剪试验条件下土与结构的接触面问题可以看作是法向与切向应力空间上的二维问题,其试验结果可以表达成由应力、应变组成的二维矢量。结合接触面力学特性,确定应力空间中的势函数以及塑性状态方程,可以推导出双重势面接触面弹塑性本构方程的一般表达式。进一步取两个势函数分别为法向应力和切向应力,建立简化双重势面接触面弹塑性模型的本构方程,该方程可直接应用于有限元等数值分析。结合试验实例对建模方法的合理性进行验证,模型拟合效果良好。研究结果表明,基于广义塑性位势理论建立接触面本构模型无需推求塑性势函数和屈服函数,可以直接得到弹塑性刚度矩阵,且建模方便。