油溶性水泥材料优选试验研究

介绍了一种对油水选择性渗透能力强的新型水泥浆体系,即油溶性水泥浆体系.该水泥浆体系由增孔剂、连通剂和相渗剂3种基本试剂组成.在理论分析的基础上,通过大量的室内试验从天然的油溶性有机物申优选出能大幅度提高水泥石孔隙的增孔剂--ZKJ一1.为了使水泥石孔隙之间相互连通以及进一步提高水泥石对油水的选择性渗透能力,优选出YRJ作为连通剂和相渗剂.3种外加剂配合使用不但可以使水泥石具有良好的油相渗透率,而且还能使水泥石具有较高的强度.     

纤维水泥改善固井质量研究

随着钻井地质条件的日趋复杂,钻井新技术不断发展,对固井技术的要求日益提高,同时固井质量问题也越来越突出。进行了固井质量的影响因素分析,提出了提高固井质量的措施,并针对性地进行了纤维水泥浆体系研究,分析了纤维改善固井质量的机理。研究结果表明,随着纤维产量的增加,水泥石的体积收缩率减少,最大相对体积收缩率下降了38.3%;纤维的加入可以有效地提高水泥石的界面胶结强度,且存在最佳掺量。本试验条件下,纤维的最佳掺量为0.05%~0.075%。     

纤维水泥的发展及应用

在介绍目前常用于改善复合材料韧性的几种纤维材料性能的基础上，综述了纤维水泥发展过程的几个阶段、现阶段纤维水泥的应用情况以及国内外关于纤维混凝土的基本力学特征、机理研究、本构理论等方面的研究情况和现状。调研分析表明：纤维水泥已经广泛应用于房屋、桥梁、公路、港口、地下加固等工程建设，并取得很好的效果。针对石油工程领域固井过程中水泥石抗拉、抗剪和抗冲击性能较差等问题，总结分析了纤维水泥在国内外石油工程中的应用实例和研究情况，结果表明：在固井水泥中加入与水泥和水泥外加剂相匹配的纤维材料，可以在不影响水泥浆可泵性的条件下，通过改善水泥石的微观结构而提高水泥环的抗拉、抗压和抗冲击强度等性能，提出了纤维水泥浆体系适合的固井范围和发展趋势。     

矿渣MTC处理废弃钻井液机理

废弃钻井液转化为水泥浆技术（MTC）是一种既满足环保要求又节约成本的好方法。为此进行了废弃钻井液成分分析、钻井液影响矿渣MTC性能等几方面的实验研究。结果表明：废弃钻井液的主要组成部分黏土中含有大量的SiO₂物质,不仅能够与强碱反应生成活性SiO₂,促进矿渣MTC凝固体胶结,还能够与矿渣中水泥熟料水化产物Ca（OH）₂反应,生成力学性能更好的低C/S（CaO·SiO₂分子比）比的C-S-H凝胶;矿渣MTC抗压强度随着钻井液加量的增加而增大,随着钻井液中纯碱量的增大而增大;钻井液中黏土水化程度越高,矿渣MTC强度越大;黏土12 h即可充分水化,矿渣MTC固井液的稠化时间变短,有利于提高固井液的防气窜效果,其耐高温性、耐酸侵蚀性更好。     

封固海相易漏层的抗高压低密水泥浆体系研究

针对海相地层固井过程中易漏的问题,结合海相地层井身结构分析和常用漂珠低密度水泥浆体系高压下密度稳定性分析,得到了海相地层固井漏失发生的原因。在此基础之上,引入高承压能力的HGS空心玻璃微珠,以颗粒级配理论为指导设计了高压下密度稳定、适用于海相易漏层固井的低密度水泥浆体系。理论分析和大量的试验表明:海相地层固井易漏的主要原因是,海相地层多属深井超深井,井下压力高,而常用漂珠低密度水泥浆体系在井下高压作用下密度会升高,从而使浆体液柱压力增大压漏地层;引进HGS微珠得到的低密度水泥浆体系,密度在1.20～1.45 kg/L之间可调,兼具浆体性能稳定、直角稠化并且浆体密度在高压下稳定等特点,更适用于海相地层固井。      

复杂应力环境下纤维水泥阻裂机理实验研究

水泥环在井下复杂应力环境下易发生脆裂而引起"二次窜流"。在水泥中加入纤维可以改善水泥环的韧性。利用电镜扫描的手段对纤维水泥石受拉、受压以及受射孔冲击破坏产生的裂纹进行的镜像分析实验表明:纤维的存在会使水泥石微裂纹处局部强度增加,从而增加了水泥石抗压强度。同时,纤维的加入使得水泥石的断裂应力强度因子降低,从而增强了水泥石的抗断裂能力。不论裂纹发展方向与纤维长度方向垂直还是一致,纤维—基体界面对裂纹的发展都有一定的阻挠作用。在纤维水泥石受压、受拉以及射孔的破坏过程中,纤维对裂纹的发展都起到了阻裂作用。这种阻裂作用增加了水泥石的韧性,一方面有助于射孔完井作业的顺利完成;另一方面有助于水泥承受复杂的井下应力,进而减少"二次窜流"现象的发生。根据纤维水泥阻裂的机理,建立了纤维水泥阻裂的力学模型。     

固井纤维水泥射孔实验研究

为进一步了解纤维水泥改善水泥石射孔后出现脆裂的情况,通过实弹射孔及射钉枪射孔实验,研究了纤维对射孔后水泥石的阻裂机理,并利用电镜扫描的手段对射钉枪射孔后留下的孔道以及孔道周围的裂缝进行了分析,研究表明:小试件条件下,实弹射孔试验过程中无纤维水泥试件形成毁坏性的破碎,而纤维水泥在射孔后可以保留完整的孔道,证明了纤维水泥有助于射孔完井作业的成功;纤维水泥石受到射孔冲击后,纤维可以吸收外来冲击波的作用,减缓水泥石的变形,从而破坏强度不至于任其裂纹发展形成脆性破坏;在孔的壁面上可以明显看到纤维对裂纹的阻裂作用;纤维的桥联作用增加了水泥材料本身的临界能量释放率,这使得纤维水泥石在完成钢钉枪射孔后孔内剖面比较完好。     

纤维水泥浆防窜性能实验

针对固井过程中的气窜及开发过程中“二次窜流”等问题，在碳纤维水泥浆体系防窜性能研究的基础上，进行了纤维水泥浆的析水率（自由水量）、水泥石胶结强度及渗透率等实验研究。结果表明：纤维可以有效地增强水泥石的胶结强度、降低水泥石的渗透率、增加水泥的致密性，在合理长度和掺量条件下可以形成零析水率的纤维水泥浆体系；膨胀剂在固井工程中虽然可以满足特定情况下的施工要求，但是它会使水泥石的渗透率增加即密封性变差。综合分析结果认为，适当长度和掺量的纤维水泥浆体系既可以提高水泥石的抗压强度、改善水泥石的韧性，又可以有效地提高水泥浆的防窜性能。     

纤维水泥抗压强度模型

随着各油气田逐渐进入中后期开发阶段，地层情况日益复杂，诸多开发措施被广泛采用，提高中后期油气井的固井质量是目前固井工程所面临的突出问题，也是提高油气井寿命、稳产高产的重要措施。同时油气田各种增产措施不断采用，尤其是酸化压裂技术的实施，极易引起水泥石的断裂，造成“二次窜流”现象时有发生。解决这一问题的关键在于提高水泥石强度。为此，以水泥石单轴应力图分析为基础，利用细观力学理论和能量守恒的原理，建立了顺向纤维增强水泥的抗压强度模型；同时考虑短切乱向纤维效能系数的影响，建立了短切乱向纤维增强水泥抗压强度模型。实验表明，水泥石抗压强度随着纤维加量和纤维长径比的增加先增大后降低，与理论模型的规律一致，证明了所建模型的正确性。     

水泥浆失重建模以及实验研究

从水泥浆失重现象的力学本质出发,对环空中的水泥浆进行了受力分析,建立了水泥浆失重的力学模型,得出水泥浆的失重速率主要与水泥浆接触的环空壁面面积以及水泥浆胶凝速度有关.建立了水泥浆失重模拟实验装置,进行了多种间隙、井斜角以及偏心度条件下水泥浆的失重实验,得到的环空间隙、井斜角以及偏心度对水泥浆失重速率的影响规律与模型中得到的规律相同,即当水泥浆完全充满环空时,水泥浆的失重速率随着环空壁面接触面积的增大而增大,随着偏心度的增大而增大,随着井斜角的增大,先增大后减小,在井斜角为45°时失重速率最大.