基于SHPB实验的煤层气固井水泥动态力学特性

为模拟射孔对固井水泥冲击破坏作用,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对煤层气常规、纤维固井水泥实样实施高速冲击加载。结果显示:常规固井水泥动态应力-应变曲线卸载阶段斜率较陡,反映材料为脆性断裂;而纤维固井水泥应力-应变曲线卸载阶段斜率平缓,表现出塑性材料破坏形式;常规固井水泥在动态压缩强度、峰值应变上高于纤维固井水泥,对冲击气压条件反应敏感,指示常规固井水泥脆性强烈;纤维固井水泥动态弹性模量与能量耗散效率方面优于常规固井水泥,与内部纤维自调节能力有关;高速冲击下常规固井水泥实样以劈裂式张性破坏为主,实样破碎严重、破碎块度细且易形成辐射型破坏;纤维固井水泥在低冲击气压下以剪切破坏为主,高冲击气压下以压碎式破坏为主;冲击中纤维固井水泥由于纤维拉拽、纤维-水泥界面解离等效应提升了材料的吸能效率和抗冲击性能,对于保障深部煤层气井固井水泥完整性,提升煤层气藏排水降压效率具有实际意义。