程小伟
,
梅开元
,
杨永胜
,
黄良
,
龙丹
,
李早元
,
郭小阳
硅酸盐通报
目前,固井基本上是选用G级油井水泥,但随着油气田开采难度和井下情况的复杂化程度增加,固井难度不断加大,常规的油井水泥已不能完全满足工程需要,而具有特殊优异性能的特种水泥在固井工程中的应用研究将成为重点,并具有广阔的应用前景.因而为了探索硫铝酸盐水泥用作固井水泥石的可能性,本文选用矿渣A和矿渣C做为硫铝酸盐水泥的外掺料,针对硫铝酸盐水泥石后期强度倒缩的问题,对硫铝酸盐水泥进行改性.主要研究了矿渣的加量对硫铝酸盐水泥力学性能的影响.宏观上通过考察不同外掺料加量对硫铝酸盐水泥石抗压强度的影响,并通过X射线衍射,对矿渣改性硫铝酸盐水泥组分进行分析;采用岩心孔隙联测仪分析水泥浆水化后孔结构.微观上用扫描电镜对改性前后水泥石的微观形貌对比分析,从而得出宏观上抗压强度提高的原因.
关键词:
固井
,
硫铝酸盐水泥
,
矿渣改性
,
力学性能
龙丹
,
程小伟
,
时宇
,
黄良
,
刘开强
,
李早元
,
郭小阳
硅酸盐通报
为降低固井水泥石脆性,保持固井水泥环的完整性,解决油气井开采安全隐患.本文将微细橡胶粉添加到水泥基复合材料中.通过抗压强度和抗折强度变化规律,考察橡胶粉的最优掺量;通过三轴力学测试、渗透性实验,考察橡胶粉对水泥石复合材料变形能力的影响和抗渗性能影响;通过比表面积、粒度分布和微观形貌,表征橡胶粉特性,并对水泥石进行微观形貌分析,探讨其增韧降脆机理.结果发现,最优掺量为0.5％,在此掺量时水泥石弹性模量降低34.3％,孔隙度变小,抗渗性能提高,既能增强水泥石的塑性和弹性变形能力又使水泥石结构更为致密;橡胶粉比表面积0.4187 m2/g,平均粒度64.4865μm,与水泥石基体接触面积大;微细橡胶粉与水泥石基体粘结紧密,能吸收大量能量、填充水泥石孔隙,有效降低水泥石脆性.
关键词:
微细橡胶粉
,
水泥石
,
固井
,
复合材料
,
力学性能
艾正青
,
李早元
,
李宁
,
林銮
,
袁中涛
,
郭小阳
,
程小伟
硅酸盐通报
以漂珠为减轻材料的低密度水泥浆体系在低压易漏地层的固井工程中得到了广泛的应用。为全面探索漂珠低密度水泥石的力学性能，本文对低密度水泥石在不同温度下的抗压强度、抗拉强度进行测试，模拟井下环境对水泥石进行应力-应变测试，并对其微观形貌和孔径分布进行分析。结果表明：漂珠与水泥具有良好的相容性；漂珠具有抗压强度和刚性不阻裂等性质，致使漂珠低密度水泥石具有较高的抗压强度和较低的抗拉强度；高温养护水泥石的孔径分布较低温养护增大，高温水泥石致密性较低。
关键词:
低密度水泥石
,
力学性能
,
抗拉强度
,
微观形貌
,
孔径分布
李早元
,
伍鹏
,
程小伟
,
王岩
,
郭小阳
硅酸盐通报
铝酸盐水泥在混凝土工程中具备良好的耐高温性能,但因其在低温下具有温度敏感性,限制了其在固井工程中的应用.实验以铝酸盐水泥为主材进行矿物熟料优选复配,运用矿渣对铝酸盐水泥进行改良,并采用XRD、SEM和热分析等试验手段对作用机理进行分析.试验结果表明:矿渣可有效地改善铝酸盐水泥强度发展存在温度敏感区间的缺点,且能提高水泥石高温后的抗压强度以及长期耐温性能.低温下生成的水化钙铝黄长石(C2ASH8)可有效提高铝酸盐水泥石的强度发展,高温生成的C3AS2 H2和C3ASH4结晶度高,AlO(OH)填充在晶体的空隙当中,使得水泥水化产物结构紧密,水泥石力学性能长期稳定、耐温性能良好.
关键词:
稠油热采井
,
铝酸盐水泥
,
矿渣
,
耐高温性能
常培敏
,
刘健
,
李早元
,
程小伟
,
郭小阳
硅酸盐通报
油井水泥石是在地层岩石中工作,必然要受地层围压的作用,其力学性能的表现可以通过三轴应力实验来考察.为准确描述水泥石在三轴作用下的特殊力学行为,本文提出了一种数学分析模型,该模型基于Weibull统计理论,从弹塑性损伤失效的角度出发,利用Mohr-Coulomb准则建立起细观与宏观的桥梁,得到了油井水泥石在三轴应力作用下的统计本构关系.以此本构方程来拟合水泥石在单轴、三轴应力作用下的应力-应变曲线,与实验结果匹配良好.
关键词:
油井水泥石
,
三轴
,
力学
,
本构方程
程小伟
,
王岩
,
李早元
,
童杰
,
刘萌
,
郭小阳
硅酸盐通报
针对硅酸盐水泥石经热力采油后耐高温性能急剧衰退的问题.采用具备更好耐高温特性的磷铝酸盐水泥,但是磷铝酸盐水泥高温后的抗压强度仍存在一定的衰退的问题,实验通过在磷铝酸盐水泥中掺入矿渣改善磷铝酸盐水泥石耐高温特性并采用XRD及SEM测试手段分析机理.结果表明:加入矿渣不仅有利于水泥石低温强度的发展,而且能够明显改善磷铝酸盐水泥石的耐高温特性;矿渣加入后C2ASH8的形成有利于水泥石低温下的强度发展,C3AS2 H2的形成有利于水泥石高温后的强度发展,同时,为提高水泥石的耐高温特性应尽量避免高温后C3 ASH4的生成.加入矿渣后的水泥石经高温养护后晶体结构发育良好,排列致密,从而使得水泥石具有良好的抗高温性能,进而有利于改善水泥环的完整性.
关键词:
热采
,
磷铝酸盐水泥
,
矿渣
,
耐高温
,
机理分析
程小伟
,
王升正
,
时宇
,
杨永胜
,
李早元
,
郭小阳
硅酸盐通报
为了改善油井水泥石力学性能及孔隙结构,研究了稻壳灰对油井水泥浆及水泥石性能的影响.通过测试掺有稻壳灰的水泥浆和空白样的水泥浆体的性能,以及不同掺量下水泥石的力学性能及渗透率和孔隙度,研究其对油井水泥性能的影响;利用XRD和TG测试,对稻壳灰水泥石和空白样进行物性分析,同时通过SEM对水泥石的微观形貌进行对比分析,初步探索稻壳灰对油井水泥石性能的作用机理.实验结果表明:稻壳灰对油井水泥浆的基本性能影响甚微;但其对水泥石的力学性能影响较大,与空白样对比,稻壳灰掺量为15％时,水泥石24h抗压强度提高56％,抗拉强度提高46％,孔隙度降低42％;同时,研究表明稻壳灰中含有的高活性非晶SiO2通过与水化产生的Ca(OH)2反应生成硅酸钙凝胶,能提高水泥石中的胶凝相,降低水泥石的空隙,达到提高水泥石力学性能的目的.
关键词:
稻壳灰
,
油井水泥
,
力学性能
,
作用机理
李早元
,
张松
,
张弛
,
关素敏
,
程小伟
,
郭小阳
硅酸盐通报
硅酸盐类水泥石经热力采油后耐高温性能变差是诱导套管损坏和水泥环层间封隔失效的关键原因.和普通硅酸盐水泥相比,铝酸盐水泥具备更好的耐高温特性,但却存在温度敏感性强、高温养护后强度不高的缺点.实验通过在铝酸盐水泥中掺入粉煤灰并采用高能球磨方法重新制备水泥材料,采用XRD和SEM等测试方法,对粉煤灰材料改善铝酸盐水泥石耐高温特性和作用机理进行分析.结果表明:通过球磨方式加入粉煤灰材料不仅有利于水泥石低温强度的发展,而且能够明显改善铝酸盐水泥石的长期耐高温特性；其组分SiO2和铝酸盐水泥水化产物C3AH6发生反应,并生成C3ASH4等稳定相,使水泥石晶体结构排列致密,在高温下能够保持稳定,从而使得水泥石能够保持良好的力学性能,进而有利于保护套管和改善水泥环层间封隔性能,延长稠油热采井的生产寿命.
关键词:
稠油热采井
,
耐高温特性
,
硅酸盐水泥
,
粉煤灰
郭小阳
,
邓智中
,
李早元
,
周靖东
,
张兴国
,
王升正
硅酸盐通报
针对石油钻探上使用碱矿渣作为主要材料配制固井工作液进行固井,存在固化体脆裂和抗压强度不够高的问题,考察了硅藻土对其性能的影响.通过测试未加入硅藻土和加入硅藻土碱矿渣浆体的基本性能,以及不同温度条件下,不同掺量下固化体的抗压强度,研究硅藻土对碱矿渣固井工作液性能的影响;利用XRD和EDS,对硅藻土固化体和空白样进行物性分析,同时通过SEM对固化体微观形貌对比分析,研究硅藻土的作用机理.实验结果表明:适量硅藻土对浆体的基本性能影响甚微,但其对固化体的抗压强度影响较大.与未加入硅藻土的固化体相比,70℃条件下,硅藻土加量为20％时,固化体1d抗压强度提高103％;90℃条件下,硅藻土加量为20％时,固化体1d抗压强度提高86％;同时研究表明,硅藻土中含有的非晶SiO2能在碱溶液中与碱矿渣反应生成更多的凝胶物质,提高了固化体致密程度,有效解决了固化体脆裂问题.
关键词:
碱矿渣
,
硅藻土
,
固化体
,
抗压强度
,
作用机理
程小伟
,
张明亮
,
李早元
,
张兴国
,
郭小阳
硅酸盐通报
采取火烧油层方式开采稠油过程中,高温和CO2环境时常引发固井水泥石强度衰退,渗透率增大,层间封隔失效,极大缩短稠油井生产寿命.本文针对该问题,通过测试分析加砂油井水泥石强度、渗透率等性能衰退规律,结合物相分析、微观形貌观察等,研究了稠油火烧油层工况下加砂油井水泥石性能失效演化规律及机理.结果表明:高温和碳化环境导致加砂油井水泥石中C-S-H凝胶和Ca(OH)2等水化产物持续被消耗,微观结构劣化失效越发严重,水泥石完整性不断破坏,强度衰退率增大.碳化条件下低温50℃时,加砂油井水泥石微观结构致密,渗透率、孔隙度较低,受碳化作用影响较小,故强度发展稳定;300℃时,加砂水泥石物相、微观形貌处于即将劣化失效的临界点,水泥石强度衰退率16.07％,渗透率急剧增大;400℃时,水化产物C-S-H和Ca(OH)2含量递减,碳化产物CaCO3含量递增,微观结构劣化演变加剧,水泥石试样开裂膨胀,表面出现大量纵横交错的裂纹,完整性遭到严重破坏,导致强度大幅度衰退,已不能满足固井施工要求.
关键词:
火烧油层
,
稠油
,
高温
,
CO2环境
,
强度衰退
,
失效演化
