支撑裂缝导流能力影响因素实验研究与分析

支撑剂性能好坏直接影响支撑裂缝的导流能力,影响支撑剂性能的因素很多,除了支撑剂自身因素外,外界环境因素也不容忽视。从实验角度研究分析了支撑剂强度、粒径及粒径组合、铺砂浓度、闭合压力、温度和时间、支撑剂嵌入、地层微粒和压裂液残渣对导流能力的影响,实验结果对正确评价支撑剂性能以及合理选择支撑剂具有一定的参考价值。     

水泥石耐久性的力学评价

以G级油井水泥石为研究对象,研究了油井水泥石耐久性的评价方法,为完善评价水泥石力学性能提供了理论依据。通过三轴力学测试仪进行了水泥石的长期强度和破碎能试验,并结合理论分 析,给出了长期强度和破碎能两个评价水泥石耐久性的重要参数。该研究只针对原浆水泥石进行了室内试验,并未对加入外加剂的水泥浆体系进行对比研究,下一步研究重点应放在加入何种外加剂能够 提高水泥石的耐久性上。     

影响水泥石渗透性的因素分析

分析了影响水泥石绝对渗透率的各种因素 ,包括水灰比、颗粒半径、孔隙度、水泥类型和增渗剂等。提出了提高或降低水泥石绝对渗透率的方法。分析了影响水泥石油测渗透率、水测渗透率和相对渗透率的各种因素 ,总结了各种因素的影响范围和程度。此研究有助于不渗透水泥石、高渗透水泥石和选择性渗透水泥石的开发。     

基于多元力学实验的深层页岩气储层脆性影响因素分析与定量评价

在地下高温高压条件下,川南深层海相页岩塑性显著增加,现有单一脆性评价方法难以准确表征其可压裂性,严重制约了该区“甜点”优选和工程改造。以川南深层五峰组—龙马溪组页岩为研究对象,通过三轴高温高压、断裂韧性及X射线衍射实验,开展了多种类型的页岩岩石力学性质评价及其影响因素分析,量化了不同载荷条件下岩石破裂的形态特征,并以此为标准,进行了脆性影响因素分析及综合量化评价研究。研究认为川南深层海相页岩具有高弹性模量、较低的I型断裂韧度特征,其脆性性质主要受控于矿物组分、温压条件及页理发育程度,并通过裂纹分形维数量化了岩石破裂的形态特征,且在高石英矿物含量（>50%）、低围压（<20 MPa）、中低温（<60 ℃）及页理化程度较高条件下,实验结束后的样品试件分形维数较高,破裂裂纹以复杂劈裂与剪切复合裂缝为主,相应的脆性较高。通过归一化的岩石力学参数和应力—应变曲线的脆性指数与分形维数之间的相关性分析,利用层次分析法建立了能够表征深层海相页岩脆性的综合评价指标。该评价指标能够很好地表征深层海相页岩脆性特征,且评价认为龙一段3¹小层脆性指数较高,为后期页岩气开发的主力目的层。     

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.     

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。     

胶乳对水泥石三轴力学形变能力的作用

针对套管、水泥环、地层三者间形变不协调而引起油气井生产后期层间封隔失效的问题,采用美国GCTS公司三轴岩石力学测试系统RTR-100,准确地测定了在三轴应力直接加载及三轴应力多周循环两种加载方式下水泥石的力学形变能力。实验结果表明,水泥浆中添加一定量的SBR胶乳,在降低油井水泥石抗压强度的同时增大了油井水泥石在低应力作用下的弹性形变和在高应力下的塑性形变,提高水泥石抗冲击破坏的能力。     

水泥石碳化腐蚀影响因素及抗腐蚀方法研究

在潮湿的环境下,油气构造中富舍的C02对水泥石产生碳化腐蚀,使水泥石渗透率变大、抗压强度降低,诱发流体窜流、塑性地层井壁坍塌等事故,造成很大的经济损失.分析认为,C02腐蚀水泥石的机理主要有淋滤作用、溶蚀作用、碳化收缩作用和高矿化度地层水的协同作用.通过C02腐蚀水泥石的试验得知:时间越长,腐蚀深度越深;压力越高,腐蚀速度越快;在压力相同的情况下,温度越高,腐蚀速度越慢.根据C02腐蚀水泥石速度的主要影响因素,指出了水泥石抗C02腐蚀的技术原理,并提出了提高水泥石抗C02腐蚀的方法.     

套管变形的复合力学模型

根据大庆油田采油一厂萨中西区套管变形的研究结果,提出了应力—压力复合力学模型。该模型很好的解释了该区的套管变形发生原因。高、低压力区沿最大水平主应力方向分布时,发生套管变形的临界压差为0.767MPa。高、低压力区沿其它方向分布时,发生套管变形的临界压差为1.08MPa。优势套管压缩方向为北西西向。套变区分布在压力梯度较大的位置。上述分析与多年的实际观测结果有较好的一致性。应力—压力复合力学模型是一个可以适用于油田套管变形研究的模型。     

钻柱力学特性分析的剪变形理论

在现有三维空间钻柱力学基本方程的基础上 ,考虑横向剪应力和剪应变两因素对钻柱挠曲变形的作用 ,参照S P Timoshenko剪切梁理论 ,针对空间钻柱受力与变形特征 ,引入 ψN 和ψB2个广义位移函数 ,建立了钻柱力学剪变形理论的通用基本方程。以某水平井一单跨钻柱两端简支情况下的二维横向振动为具体算例 ,给出了计算公式。该公式综合描述了横向剪切变形和轴向钻压对钻柱横向振动固有频率的影响 ,是对现有钻柱力学基础理论的补充和完善     

镁质晶须对油井水泥石力学性能的影响

为提高油井水泥石强度,选用镁质晶须MBW为增强剂,研究了MBW在不同掺量下对水泥浆体的基本性能及水泥石力学性能的影响,并通过XRD、MIP及SEM等表征方法进行了探讨。结果表明,油井水泥中掺入1%~5%的镁质晶须后,其浆体密度及凝结时间基本不变;流动度随晶须掺量的增加而降低,通过加入减阻剂USZ来改善;水泥石的抗压强度、抗折强度随晶须掺量的增加得到明显提高,当晶须掺量为4%时,80℃下水泥石1、3、7和28 d抗压强度比净浆水泥石分别提高8.3%、15.4%、21.5%和18.8%,抗折强度分别提高9.4%、19.4%、13.1%和0.3%。镁质晶须属于惰性微填料,可填充水泥石内部的有害孔隙,增加水泥石密实度,同时作为微纤维,在水泥石内部通过桥连、拔出、剥离、折断等作用机制起到对水泥石增强增韧的双重功效。     

水泥候凝时间及其影响因素的试验研究

针对温度,水灰比,缓凝剂这些影响水泥候凝时间的主要因素展开了试验研究。试验结果分析得出：（1）对同一温度同一缓凝剂,水灰比每减少约105,最佳时间相应减少1－3h;（2）对同一水灰比同一缓凝剂,温度每升高10℃,最佳测井时间缩短约2h;（3）对同一温度同一水灰比,缓凝剂增加0．2％,最佳测量时间延迟2－3h,（4）温度,水灰比,缓凝剂都是单独起作用,相互不受影响。     

温度对水泥石机械性能非线性影响规律及原因分析

为了表征长封固段固井水泥石在温度梯度下的机械性能,研究了不同温度下水泥石机械性能非线性变化规律并分析了原因。通过检测在用水泥石在30～160℃温度区间下的机械性能,分别建立了水泥石抗压强度、杨氏模量及泊松比随温度变化的关系曲线,同时拟合了水泥石机械性能随温度变化的函数关系式,并形成了考虑温度对水泥石机械性能影响的非线性物理方程;利用热重和XRD实验,对不同温度养护的水泥石进行了物性分析,通过SEM对水泥石的微观形貌进行了对比分析,初步探索了温度影响水泥石机械性能的内在原因。研究发现:相同养护天数下,水泥石在60℃及80℃条件下,机械性能存在突变区间,而80℃以上养护的水泥石其机械性能没有显著差异,同时发现温度介于突变区间以下,机械性能呈二次函数变化,高于突变区间则呈指数函数变化;结合微观分析结果发现,水泥石水化产物及水化程度的不同,是导致水泥石机械性能存在突变区间的原因。      

热采井用固井水泥石养护方法及力学性能研究

如何模拟稠油热采井井下环境,对评价稠油井用固井水泥石能否满足热采工况的需求具有重要意义。然而,以往用马弗炉超高温干燥条件养护水泥石的方法,与稠油热采井下的超高温水蒸气环境、水泥石受套管和地层约束等实际情况不符。为此,提出了一套可模拟稠油热采井下超高温水蒸气环境的固井水泥石养护装置及方法,并对比研究了超高温干燥与水蒸气条件下,试样尺寸、加热速率对固井水泥石抗压强度和完整性的影响。研究结果表明,小尺寸水泥石试样、低升温速率和水蒸气环境有利于保证在加热过程中试样受热更均匀,从而有利于缓解因受热不均导致开裂的现象,进而维持水泥石更高的抗压强度及完整性。因此,通过该研究结果,建议室内实验模拟方法应充分考虑实验条件对模拟结果的影响;同时,基于此研究结果,建议在实际生产过程中,可适当优化注蒸汽的工艺过程及参数,以降低注蒸汽过程对固井水泥石的加热速率、减少对水泥石的不利影响。     

矿物纤维低密度水泥石力学性能研究

目前低密度水泥石多存在韧性不足、抗拉强度、抗折强度低等问题,给低密度水泥浆在深井、超深井井筒完整性带来忧患,因此改善低密度水泥石力学性能具有重要的意义。通过考察抗压强度、抗拉强度、抗折强度、弹性模量,对新型材料玄武岩纤维和目前现场常用的聚丙烯纤维改善水泥石力学性能的效果进行了对比。结果显示:在较低加量范围内玄武岩纤维对水泥浆流动性影响不大,可以和聚丙烯纤维一样显著降低水泥浆API失水和自由水含量,提高水泥石的抗压和抗折强度,显著提高水泥石的抗拉强度,在掺量为0.5%时可使水泥石抗拉强度提高50%;同时可以降低水泥石弹性模量,提高水泥石的韧性。玄武岩具有较好的经济适用性,在油气井固井中有较大的开发应用潜力。     

井内水泥环物性变化及影响因素分析

大庆油田调整井固井质量由于检测时间的延长,固井质量优质率大幅度降低,已不能满足油田开发对固井质量的要求,调整井固井质量亟待提高。结合A级油井水泥原浆的物性和地层的物性,分析了在延时条件下影响声变差异的原因。通过水泥强度分段增长曲线分析,水泥浆 (石)表观体积收缩、渗透率、孔隙度、毛细管力、弹性模数以及地层水渗流的冲蚀作用等随时间的变化规律研究,提出了在延时条件下声变的差异是由于地层流体状态、地层应力状态等的不同而引起的。建议通过调整和控制地下情况,来改善声变差异。结合大庆油田调整井的实际情况,给出了采用A级油井水泥原浆固井保证固井质量的边界条件是地层压力小于 12MPa,层间压差小于3MPa,地层弹性模数大于 2 0GPa。萨南油田的矿场试验表明,若地下环境相对稳定,固井后 15d测声变的固井质量是能够保证的。     

多组分油井水泥石弹性模量预测模型

针对目前多组分油井水泥石弹性模量测试的复杂性和重复性差,弹性模量预测缺乏理论模型的现状,利用高精度抗压抗折一体机探索了多组分油井水泥石弹性模量的变化规律,建立了多组分油井水泥石弹性模量预测模型。通过实验数据验证了模型的可行性,实验发现,对于两组分油井水泥石弹性模量的计算,只需要测定弹性材料体积分数为0和0.2这2个端点的弹性模量大小,然后根据线性关系就可以在整个[0,0.2]区间内建立油井水泥石弹性模量预测模型。而多组分油井水泥石弹性模量变化规律在[0,0.2]区间内呈非线性变化,通过反推法和相关系数法确定多组分油井水泥石弹性模量的预测模型参数。该模型的建立对于减少实验工作量和进行深入的理论研究具有重要的借鉴意义。      

不同酸对水泥石表面的刻蚀作用

酸类物质对水泥有强的腐蚀作用,不同酸在水泥内部作用机理不同。以盐酸、氢氟酸为主要试剂,通过静态浸泡实验探究各酸剂对硬化水泥石的溶解分散效果,利用扫描电镜、偏光显微镜、X射线能谱仪等测试方法对不同酸刻蚀后的水泥石表面进行界面组成与结构分析,探究其表面刻蚀的变化规律,进而分析不同酸清洗水泥沉积垢层的清洗机理,为清洗工艺的优化提供理论依据。结果表明,盐酸中水泥残余物主要为Si O2,氢氟酸中残余物主要为Ca F2;氢氟酸对水泥中球状分散颗粒的分解作用明显,能破坏水泥间的胶黏性,使其产生晶体缺陷,有助于水泥石的分解。这一研究结果对指导清洗剂配制,快速清除固井中残存在容器、管道中的固化水泥有重要意义。     

碳纳米管改性水泥石力学性能研究

随着非常规油气的勘探开发,超深井、复杂井、页岩气井等对固井质量的要求越来越高,现有水泥基材料性能已经不能满足要求,需要探索新型材料在水泥基材料中的应用以及对水泥石的性能改造。从碳纳米管自身的特点出发,制备稳定性较好的碳纳米管分散液,通过水泥石抗压强度、抗折强度测试、单轴三轴力学性能实验以及微观结构测试对碳纳米管的加量范围、分散效果进行了讨论,分析碳纳米管对水泥石力学性能的影响规律。实验结果表明,0.05%~0.1%碳纳米管加量能够提高水泥石的抗压、抗折性能,并且随着龄期的增长其增强效果更加明显;碳纳米管能够降低水泥石的弹性模量,同时增大塑性形变,使水泥石韧性增加;碳纳米管对微观结构的增强增韧机理表现为拨出、桥联、纳米诱导效应和网状填充效应,经过分散的碳纳米管与基体的相容性较好。