循环应力作用下水泥环密封性实验研究

利用自主研发的水泥环密封性实验装置研究了套管内加卸压循环作用下水泥环的密封性,根据实验结果得出了循环应力作用下水泥环密封性失效的机理。实验结果显示,在较低套管内压循环作用下,水泥环保持密封性所能承受的应力循环次数较多;在较高循环应力作用下,水泥环密封性失效时循环次数较少。表明在套管内较低压力作用下,水泥环所受的应力较低,应力水平处于弹性状态,在加卸载的循环作用下,水泥环可随之弹性变形和弹性恢复;在较高应力作用下,水泥环内部固有的微裂纹和缺陷逐渐扩展和连通,除了发生弹性变形还产生了塑性变形;随着应力循环次数的增加,塑性变形也不断地累积。循环压力卸载时,套管弹性回缩而水泥环塑性变形不可完全恢复,2者在界面处的变形不协调而引起拉应力。当拉应力超过界面处的胶结强度时出现微环隙,导致水泥环密封性失效,水泥环发生循环应力作用的低周期密封性疲劳破坏。套管内压力越大,水泥环中产生的应力水平越高,产生的塑性变形越大,每次卸载时产生的残余应变和界面处拉应力也越大,因此引起密封性失效的应力循环次数越少。

不同水灰比水泥硬化浆体受软水溶蚀作用后的微结构变化差异

利用MIP、TGA等试验方法对不同水灰比的水泥硬化浆体在软水溶蚀作用下进行研究。结果表明:水泥硬化浆体遭受软水溶蚀后,表现出一定程度的质量损失和微观结构劣化。而低较水灰比的水泥硬化浆体抗软水溶蚀的能力明显强于高水灰比的水泥硬化浆体。高水灰比的水泥硬化浆体在软水溶蚀作用下的质量损失大、Ca(OH)2含量降低快、孔结构劣化明显。

燥热环境中混凝土早期开裂的改善措施研究

为了改善中东地区燥热环境中混凝土早期开裂严重的问题,本文通过掺加聚丙烯纤维、超吸水树脂、喷洒减蒸剂等措施,试图降低新浇筑混凝土的早期开裂风险。平板试验结果显示,混凝土中复掺聚丙烯纤维和超吸水树脂、在新浇筑混凝土表面喷洒减蒸剂,改善混凝土早期开裂作用显著。

水化环境对粒化高炉矿渣粉水化产物性能影响

利用扫描电镜观察不同水化环境下粒化高炉矿渣粉水化产物微观形貌,并利用能谱分析水化产物的元素组成,计算水化产物的Ca/Si和Ca/(Si+Al)。试验结果表明:在常温养护条件下,矿渣活性较低,水化产物的Ca/Si、Ca/(Si+Al)较高;高温养护提高了矿渣的活性,水化产物的Ca/Si、Ca/(Si+Al)有所降低;常温碱激发环境下矿渣活性得到较好的发挥,矿渣颗粒水化较充分,水化产物的Ca/Si、Ca/(Si+Al)较低;高温养护碱激发环境下,早期矿渣活性即被激发,但阻碍了后期矿渣活性的发挥。

掺矿渣复合水泥基材料硬化浆体中Ca(OH)2含量的变化规律

采用热重法测试了不同矿渣掺量复合水泥基材料硬化浆体至2a时各龄期的Ca(OH)_2含量,并计算相对于复合水泥基材料中水泥质量分数的Ca(OH)_2含量,形成掺矿渣复合水泥基材料硬化浆体中Ca(OH)_2含量变化规律。研究结果认为矿渣早期反应消耗部分Ca(OH)_2,而后期不再消耗Ca(OH)_2,矿渣反应不同阶段对Ca(OH)_2的消耗是不一致的。因此不能根据早期矿渣反应消耗Ca(OH)_2的量来预估长龄期时掺矿渣复合水泥基材料中Ca(OH)_2的含量。

胶乳对油井水泥水化产物和硬化浆体微结构的影响

利用XRD和SEM-EDS对胶乳油井水泥水化产物及硬化浆体微结构进行了研究。结果表明胶乳并没有改变油井水泥水化产物的种类;微观形貌显示,胶乳的掺入使得水化产物表面形成一层绒状的物质结构,堆积紧密的六方叠片状的Ca(OH)2晶体形貌变得松散薄片状分布。

NMR技术研究水泥-矿渣复合胶凝材料水化产物凝胶的微观结构

利用固体高分辨魔角旋转29Si核磁共振谱(NM R)研究了不同矿渣含量的水泥-矿渣复合胶凝材料水化产凝胶的微观结构。结果显示:水泥-矿渣复合胶凝材料水化浆体的NMR谱中出现Q2(1Al)峰,表明其水化产物中含有C-A-S-H凝胶;随着矿渣掺量的增加,凝胶的平均直链长度和平均硅铝链长度增加,且C-A-S-H凝胶中AlSi比增大。水泥-矿渣复合胶凝材料早期水化主要生成短直链的二聚体凝胶。随着龄期延长,逐渐转变为立体连接的长链型凝胶,平均链长逐渐增加。随着矿渣掺量的增加,矿渣被激发所需时间延长,早期的水化产物量少,但后期仍能生成更多的C-A-S-H凝胶。

补偿收缩混凝土在不同约束条件下变形性能试验研究

研究补偿收缩混凝土在不同约束条件下的变形性能,比较试验室所测限制膨胀率与实际工程中的差异,并得出其联系和规律,力求使补偿收缩混凝土在工程中得到更好的应用效果。

补偿收缩混凝土在不同限制条件下的变形特性及力学性能试验研究

模拟工程中补偿收缩混凝土受钢筋约束的情况,通过对纵向、侧向不同限制条件下补偿收缩混凝土的变形特性及力学性能进行研究,力求使补偿收缩混凝土在工程中得到更好的应用效果。

粉煤灰对混凝土小型空心砌块专用砌筑砂浆性能影响研究

砌筑砂浆是影响混凝土小型空心砌块房屋产生裂缝的重要原因,而粉煤灰是影响砂浆性能的很重要的一个因素。试验研究了粉煤灰对混凝土小型空心砌块砌筑砂浆性能的影响,获得比较理想的灰砂比以进一步研制专用砌筑砂浆。

不同限制条件下补偿收缩混凝土的试验研究

试验研究了补偿收缩混凝土在不同限制条件下的变形特性,比较实验室所测与实际工程限制膨胀率的差异并得出其联系和规律,力求使补偿收缩混凝土在工程中得到更好的应用效果。

一种大温差弹韧性水泥浆

长封固段大温差气井固井面临水泥浆顶部易超缓凝,水泥环易发生密封失效致环空带压等问题。通过研选抗高温大温差缓凝剂和降失水剂,可满足170℃以低100℃温差水泥石强度发展要求;优选抗高温弹韧性材料,降低水泥石脆性,增强水泥石弹韧性。研制出大温差弹韧性水泥浆体系,密度在1.50～2.20 g/cm^3范围内可调,水泥浆流变性好,API失水量小于50 mL;50℃温差下密度为1.50 g/cm^3低密度水泥石72 h抗压强度可至11.5 MPa,60℃温差下密度为2.20 g/cm^3水泥石72 h抗压强度可至15.3 MPa,70℃温差下密度为1.88 g/cm^3水泥石抗压强度达17.7 MPa,且水泥石弹性模量均小于7 GPa,抗折强度大于3.5 MPa;水泥环密封完整性评价显示,水泥环可满足90 MPa压力30轮次加卸载密封要求。该大温差弹韧性水泥浆体系在西北油田分公司顺北4井φ193.7 mm+φ206.4 mm尾管回接固井中成功应用,一次封固段长5693 m,上下温差约105℃,固井质量优质,为其他超长封固段气井固井提供成功范例。

JY页岩气田水平井预防环空带压固井技术

随着页岩气大规模开发,针对提高页岩气水平井固井质量的研究逐渐增多,但同期页岩气井环空带压情况并未缓解,对页岩气田的安全生产提出了严峻挑战。为解决页岩气井环空带压难题,建立了水泥环密封完整性评价装置,针对JY页岩气田开展了水泥环密封完整性影响因素分析,并相应形成了预防环空带压固井技术。研究认为水泥石胶结差和体积收缩导致早期环空带压,而分段压裂及生产参数变化对水泥石胶结和本体的破坏是页岩气井环空带压的最主要原因。预防环空带压固井技术在JY页岩气田进行了推广应用,压裂投产后带压井比例下降了82%,有效解决了页岩气井环空带压难题,提高了页岩气井水泥环长期密封完整性,保障了页岩气田安全开发。

模拟压裂作用对水泥环密封性破坏及改善研究

利用全尺寸水泥环密封性评价装置,研究了多段压裂作用下水泥环的密封完整性。分析了密封性破坏的机理;并提出了相应改善措施和评价标准。试验结果显示基浆水泥环在压裂交变应力作用下,加卸载次数较少时,水泥环密封完整性即遭到破坏;密封性失效发生在卸压阶段水泥环与套管之间的界面处。表明在套管内压高应力作用下,弹性模量较高的基浆水泥环中产生较大的应力,除了发生弹性变形还产生了塑性变形;卸载时套管弹性回缩,水泥环中塑性变形不可完全恢复而存在残余应变,导致二者在界面处的变形不协调一致而引起拉应力。随着压裂应力交变次数的增加,水泥环塑性变形不断累积,卸载后的残余变形和拉应力也随之增大。当拉应力超过界面处的胶结强度时出现微环隙,水泥环密封性破坏。采用掺入胶乳、弹性粒子等形成弹塑性水泥石,弹性模量降低并保持较高的抗压强度,压裂作用时水泥环中产生的应力相对其抗压强度较低,产生的塑性变形较小,因此提高了水泥环保持密封完整性时压裂应力交变的次数,改善了水泥环的密封性。

SAP对燥热环境中混凝土早期开裂的改善作用

针对中东地区高温干燥环境中混凝土早期开裂严重的现象,在混凝土中掺入超吸水树脂,研究其对混凝土早期开裂性能的影响。采用用水量和水胶比不同的两种混凝土配合比设计,测定掺入预先吸收25倍水、预先不吸水和预先吸收50倍水的超吸水树脂的混凝土薄板的开裂情况。结果显示:各种方式掺入超吸水树脂对水胶比较小、用水量低的混凝土的早期开裂现象均有所改善,而预先吸收较大量水的超吸水树脂对水胶比较大、用水量高的混凝土的早期开裂现象改善作用显著。

矿渣对复合胶凝材料硬化浆体微观结构的影响

利用XRD和SEM对掺矿渣复合胶凝材料硬化浆体微观结构进行了研究,结果显示:矿渣的掺入使胶凝材料中水泥的质量分数下降,矿渣反应消耗部分Ca(OH)2,导致硬化浆体中Ca(OH)2的含量降低,2 a龄期时掺70%矿渣样品中仍有Ca(OH)2存在。矿渣掺入后,硬化浆体的早期微观结构会较为疏松,随着养护龄期的延长,大量低Ca/Si的C-S-H凝胶生成,使复合胶凝材料硬化浆体逐渐致密,且凝胶中含Al较多。

粉煤灰对复合胶凝材料硬化浆体微结构的影响

利用XRD和SEM-EDS对复合胶凝材料硬化浆体微结构进行了研究。结果显示:粉煤灰的掺入使胶凝材料中水泥的比例下降,导致硬化浆体中Ca(OH)2的含量降低,360 d龄期时各样品中仍有Ca(OH)2存在。粉煤灰掺入后,硬化浆体的早期微观结构会较为疏松,随着养护龄期的延长,大量低Ca/Si的C-S-H凝胶生成,使复合胶凝材料硬化浆体逐渐致密。

页岩气井套管内压周期变化对水泥环密封失效的实验研究

压裂、回注、储气库注采等作业将造成套管内压的循环变化,最终导致水泥环的密封失效。针对前人套管内压循环变化造成水泥环密封失效破坏的实验研究并结合最新的实验结果,分析了是否考虑地层岩石约束两种井眼系统工况条件下的水泥环失效破坏方式。分析结果显示:未考虑地层岩石约束的实验易导致水泥环的周向拉伸破坏而产生径向裂纹;套管-水泥环界面过渡区的存在能降低水泥环的径向压应力和周向拉应力,从而降低水泥环产生拉伸破坏的风险;考虑地层岩石的约束时,水泥环内外界面受到套管和地层岩石的径向和周向约束,阻止了已经达到拉伸强度极限的水泥环发生拉伸破坏而产生径向裂纹的趋势;套管内压增大时,井下工况中水泥环主要发生塑性屈服破坏产生微环隙,基本不会发生周向拉伸破坏。研究成果可为固井优化设计提供参考。

聚丙烯纤维混凝土的性能和国内外应用

聚丙烯纤维以其良好的技术经济性能,在水泥基材料中得到日益广泛的应用.系统介绍了用于改善混凝土缺陷的聚丙烯纤维的特点及主要性能,对聚丙烯纤维对混凝土各种性能的影响以及目前国内的研究概况作了详细的分析和综述.