一种控制环空带压自修复水泥浆体系研究

页岩气开采大多采用大规模体积压裂技术,压裂作业的机械冲击力过大会使水泥环破裂并形成宏观裂纹,水泥环裂纹会随着应力变化而不断延伸,从而引起环空带压或井下层间窜流,会对页岩气田开发后续作业如压裂和分层开采等造成不利影响。结合页岩气固井难点,室内针对固井添加剂缓凝剂、增韧剂进行了筛选评价,并协同研制的自修复剂TBR-1使用构建了一套自修复水泥浆体系,该体系在不同温度下具有良好的流变性和浆体稳定性,且稠化性能可调节,自修复水泥浆体系的抗压强度大于23.0 MPa,弹性模量最低小于5.50 GPa,自修复率达84.10%,保证了韧性的同时又兼顾自修复性能,能够对气窜进行及时控制,为页岩气油田的后续勘探开发奠定了基础。

纤维-自修复水泥改善固井质量研究

针对常规水泥环固化初期会产生体积收缩、刚性太强易受到射孔、压裂等施工破坏而产生微裂缝的问题,研制了一种纤维-自修复水泥浆体系,并对其性能进行了研究。实验结果表明,该水泥浆体系兼具纤维水泥和自修复水泥的优点,可通过"拖曳效应"和"微膨胀效应"有效改善固井质量。

水凝胶负载磷酸盐自修复水泥基材料研究

采用水凝胶为载体,负载磷酸盐以制备修复剂,并将其加入水泥净浆中来制备自修复水泥基材料.利用磷酸盐和裂缝中钙离子原位反应生成羟基磷灰石来修复裂缝,同时探究其修复效率.结果表明:水凝胶能够较好地保存与缓释磷酸盐,在模拟孔溶液环境下,水泥样品表面生成了较为致密的羟基磷灰石;抗氯离子渗透能力可修复60%,裂缝透水率可修复50%~100%;修复产物为碳化缺钙羟基磷灰石(CCDHA).

固井自修复水泥性能评价方法研究

作为一种智能水泥基材料,固井自修复水泥自修复性能的评价大多参考建筑业自愈合混凝土的评价方法,结合油井水泥试验方法执行。通过文献调研和研究,分析了自愈合混凝土和固井自修复水泥的差异,设计了一套新的评价方法,并对该方法的完善进行了展望。

基于外部供应修复剂系统的自修复水泥基材料研究

基于外部供应修复剂系统的原理,使用预埋玻璃管向水泥基体中通入0.5 mol/L和0.1 mol/L两个不同浓度的NaH2PO4溶液,与水泥裂缝周围基体中溶出的Ca2+发生反应,原位生成磷酸钙类矿物以修复裂缝。采用裂缝宽度观测仪对裂缝的表观修复效果进行评价,并通过XRD、Raman和SEM测试手段对修复产物的物相及形貌进行分析,同时研究了NH+4对修复产物种类的影响。结果表明,磷酸盐溶液可修复宽度为200μm的裂缝,修复产物为羟基磷灰石、磷酸八钙和二水合磷酸氢钙。NH+4的加入促使修复产物中的二水合磷酸氢钙和磷酸八钙向稳定性更好的羟基磷灰石转化。

自修复水泥浆的试验研究

油气井固井施工完成之后,环空水泥石在如憋压、射孔、压裂、酸化、修井以及水泥石收缩和地层蠕动等作用下将受到一定程度的破坏,产生裂缝或微环隙,造成油气井封固失效,影响油气资源的开采。试验将一种新型水泥外加剂——自愈合剂RZ引入油气井水泥,以探究其自修复能力。研究表明:被破坏后的自修复水泥石试样在养护8周后,渗透率降至0.2 mD以下。试验还结合相关微观分析手段对自修复水泥石进行了微观分析,提出了自修复水泥的修复机理,包括二次水化、结晶沉淀、渗透结晶、膨胀封堵等理论。

结构用自修复水泥基建筑构件研究

基于中国建筑及材料行业的飞速发展,结构用自修复水泥基构件必将成为未来行业的研究及发展趋势。本文拟对原有水泥基建筑构件进行整体创新设计,通过对水泥基建筑构件中的损伤部位进行修复,提高建筑结构性能,阻止建筑构件内部裂纹扩展。本文主要讲述了国内外自修复混凝土的研究现状、不足之处以及自修复水泥基建筑构件的发展前景。

自修复水泥石作用形式及其应用现状

社会经济的发展使得建筑工程得到空前发展,但水泥石裂缝的出现对工程质量和安全性具有较为严重的影响。基于此,本文通过对自修复水泥石相关内容进行调查,研究自修复水泥石的作用形式和应用现状,以供相关人员参考。

微胶囊对水泥自修复复合材料微观结构的影响

在环氧树脂微胶囊的制备实验基础上,制备水泥自修复复合材料,研究养护龄期和微胶囊掺量对水泥自修复复合材料微观结构的影响,采用多种测试仪器对复合材料孔结构特性、电性能、抗渗透性能和水化热进行了分析.结果表明,随着养护龄期的增加,复合材料电阻值显著增大,而累积孔体积和吸水性系数减小;随着微胶囊掺量的增加,电阻值增大,而累积孔体积、吸附量与脱附量、吸水性系数以及水化放热速率与放热量减小.

微胶囊-玄武岩纤维/水泥自修复复合材料超声波性能

以水泥、玄武岩纤维和环氧树脂微胶囊为原料,制备微胶囊玄武岩纤维/水泥自修复复合材料,研究纤维掺量、微胶囊质量分数、水灰质量比和养护龄期密度对复合材料超声波性能的影响,采用正交试验确定微胶囊玄武岩纤维/水泥自修复复合材料超声波性能的最佳配合比。试验结果表明,超声波声时随着纤维掺量、微胶囊质量分数及水灰质量比的增加,均呈现增加的趋势,随着养护龄期的增加而降低;超声波波幅随着纤维掺量的增加变化不明显,随微胶囊质量分数及水灰质量比的增加均呈先增加后降低的趋势,随养护龄期的增加而增加;超声波频率随着纤维掺量的增加变化不明显,随微胶囊质量分数及水灰质量比的增加均呈先增加后降低的趋势,随养护龄期的增加而增加;复合材料经损伤后修复,超声波波速修复率为113.67%,恢复率为101.04%;超声波波幅修复率为175.07%,恢复率为102.32%。

自修复水泥——解决油气井泄漏的新技术

本文描述了一种新型隔离体系,这种体系只有当水泥完整性出现问题时,才会被激活。该体系在有油气流时通过膨胀会自动迅速地形成一个水力屏障,一旦被激活,它将封隔损害区域;假如在生产或废弃期间再次发生进一步损害,它甚至能被再次激活。该体系具有与传统水泥体系等效的特性,不需要对标准地面设备进行改造。高压静态和动态实验室测试证明了该体系能在30min内迅速隔断气流。油田现场试验也突显了该体系的强度,因为近来使用该体系的许多油气井均未发生泄漏。

基于自修复效应的封孔材料裂隙自愈合特性

水泥基材料是煤矿井下最常用的注浆封孔材料,但是受应力扰动、水泥材料失水收缩等影响,传统水泥基材料容易形成再生裂隙,导致钻孔内瓦斯抽采率降低。为了减小再生裂隙对瓦斯抽采效果的影响,研发一种自修复水泥封孔材料,当注浆位置再次产生裂隙后可实现裂隙的自愈合。首先,通过裂隙自修复实验研究了自修复水泥在空气条件下的裂隙自修复性能,采用高倍测量显微镜记录裂隙在不同时间内的宽度变化规律,发现在自然空气条件下,自修复水泥在4 d内能够修复最大宽度为0.46 mm的裂隙,裂隙处生成大量白色矿物,14 d内修复物体积仍有明显增长。刮去修复产物后,仍有白色矿物生成。为进一步研究自修复产物的生成机理,通过SEM-EDS对比分析了自修复水泥以及不加修复剂的净水泥2种水泥水化7、21 d的微观形貌和微观元素分布,并通过XRD、拉曼光谱仪对比分析了2种水泥的物相信息。SEM-EDS结果显示,净水泥中针状物质和絮状物质相互交联,整体结构致密,而自修复水泥中分布大量多孔状物质,结构比较疏松。相较于净水泥,自修复水泥水化产物中C、Na、Al、Si四种元素的质量分数明显较高。裂隙修复物表面分布大量排列紧密的长条状物质,主要元素组成为C、O、Na、Ca。XRD结果显示,和净水泥相比,自修复水泥中出现更多未水化硅酸三钙的衍射峰,相同水化时间,净水泥水化产物主要是氢氧化钙和钙矾石,而自修复水泥中出现了钠长石、沸石等铝硅酸盐矿物。裂隙修复物由沸石、钙霞石、硅灰石等多种硅酸盐矿物以及碳酸钙组成,其中碳酸钙的衍射峰数目最多。拉曼光谱结果显示,同净水泥相比,自修复水泥在2860~2960 cm^(-1)处具有明显拉曼谱峰,水化7 d,净水泥拉曼峰普遍尖锐,而自修复水泥拉曼峰明显更宽。净水泥中出现较多高强度氢氧化钙的拉曼峰,而自修复水泥中则出现更多CO_(3)^(2-)中C—O振动的拉曼峰,峰面积更大,由此可知自修复水泥更易和空气中CO_(2)反应发生碳化。水化21 d,2种水泥的拉曼峰都很尖锐,主要物相都是水化硅酸钙和氢氧化钙,而自修复水泥中还包括了大量未水化硅酸三钙。最终,分析了二次水化作用及碳化作用对裂隙自修复的影响,并结合实验结果推导了裂隙修复产物的生成方程式。

控温自修复微胶囊的制备及在水合物地层固井水泥浆中的应用

当深海固井遇到天然气水合物地层时,由于水泥浆水化放热剧烈,水合物的相平衡条件发生改变,诱发水合物分解,易导致固井质量下降甚至失效。为了避免此类问题的出现,可向水泥浆中添加具有控温和水泥石开裂自修复作用的相变微胶囊,既可有效降低固井水泥浆的水化温升,又可提高水泥石的自愈性,进而增强水泥石的防渗性和力学强度。基于此,以Na 2HPO 4·12H 2O为控温芯材、硬脂酸为壁材、E-51环氧树脂为水泥石自修复材料和芯壁材粘接剂,利用油相相分离法制备了一种深水固井水泥浆控温自愈合用微胶囊。研究结果表明:当微胶囊芯壁比为1∶1.5时,芯壁间为牢固的化学-物理连接,微胶囊的包封率可达87.5%,相变潜热可达155.8 J/g,控温范围可达30~95℃。随着微胶囊含量的增加,固井水泥浆的流动性有小幅度提高,抗压强度最高可提升47.1%,抗折强度最高可提升52.2%,渗透率最多可降低61.1%。水泥浆放热峰值温度最多可降低1.8℃,峰值温度出现的时间最多可滞后520 min。

不同环境水对自修复聚合物水泥防水涂料自修复性能的影响

研究了不同环境中的水对自修复聚合物水泥防水涂料自修复性能的影响。试验结果表明,裂缝自修复聚合物水泥防水涂料开裂渗水时在不同测试水条件下都能达到裂缝修复的效果;不同环境测试水中有机物质和可溶性无机盐对自修复堵漏有促进作用,且能明显加快修复堵漏时间;而测试水中的可溶性无机盐类对自修复堵漏的促进作用大于测试水中的有机质对自修复堵漏的促进作用。

渤海浅层气防窜水泥浆体系的研究与应用

环空带压是渤海湾浅层气固井存在的一大技术难题,为此根据渤海湾浅层气特征,分析固井技术难点,设计了2种固井方案。方案A引入膨胀材料或增塑材料,方案B引入自修复材料。实验结果显示,当同时引入膨胀剂与纤维后,96 h胶结强度仅提高15%左右,因此可知水泥浆的防窜能力不会有明显改善。而引入自修复材料后,水泥石的裂缝封堵率达到95%以上。分析认为,方案B的自修复封堵性能和工程性能均满足设计要求,该水泥浆体系经现场应用,取得良好的施工效果。

射孔完井工况下固井水泥环破坏研究进展

射孔完井作为国内外应用最为广泛的完井方式,对油气井增产有着非常重要的意义。随着射孔完井的不断推广,射孔后水泥环层间封隔完整性越来越受到重视,尤其是薄差油气层,而现有研究主要集中于射孔后套管损害及强度影响,对射孔完井工况下水泥环破坏涉及较少。为了更好地促进射孔后水泥环完整性的研究与发展,结合油气井射孔威力大、时间短、温度高、破坏性强等特点,分析指出了射孔完井工况下固井水泥环破坏研究难点主要集中于室内射孔模拟实验难、射孔后水泥环完整性破坏程度难确定、实际工况下水泥环抗冲击破坏能力难确定以及射孔参数影响不清楚等方面,综述了国内外射孔模拟实验、射孔水泥环完整性、水泥环抗冲击韧性、射孔作业参数影响的研究现状,探讨了目前研究存在的不足。提出了以自修复水泥、水泥浆及水泥石性能设计、优化射孔参数、井下水泥环动态破坏预测技术为核心的技术对策与趋势。

ZS区块提速提效钻完井技术优化与实践

ZS区块天然气储层岩性为流纹岩、凝灰岩、火山角砾岩,具有高硬度、高研磨性、强非均质性,裂缝发育,富含酸性流体等特性。邻井平均机械钻速低至1.49 m/h,平均钻井周期长达137.12 d,易发生井漏、套管腐蚀等问题,并且后期增产作业及开采过程中,水泥环密封失效,导致井口带压。通过“一趟钻”技术优化井身结构,优选与地层配伍性好的非平面齿钻头,优选油包水钻井液体系,根据储层特征优化完井方式,分析CO_(2)腐蚀影响因素选择套管,采用自修复水泥浆技术预防井口带压,实现平均钻井周期缩短至69.82 d,三开平均机械钻速3.11 m/h,较邻井提高108.5%,钻井过程中无井漏、井塌等复杂情况,固井后无环空带压问题。

东方13-1高温高压气田全寿命多级屏障井筒完整性设计

东方13-1气田目的层温度高达141℃,压力系数1.90~1.94 g/cm^3,天然气中CO_2含量14.63%~50.04%,属高温高压高含CO_2天然气藏,实际开发中极易造成固井窜槽、油套管强度下降及腐蚀失效,给井筒安全造成隐患。为此设计采用了具有防漏、防窜、防腐蚀、防应变、防温变功能的"5防"树脂水泥浆体系及油气响应型自修复水泥浆体系,实现全井段水泥封固;并提出了"尾管树脂水泥浆+尾管顶部封隔器+回接插入密封+回接管柱顶部封隔器+自修复水泥固井+树脂水泥固井"六级屏障设计技术,形成多级屏障的安全系统。现场应用结果表明,东方13-1气田各生产井?177.8 mm尾管及回接段固井质量优良,而且从投产至今,各生产井井口压力监测均未发现有环空带压问题。该套技术可以有效封固高温高压高含CO_2产层,保障从钻完井至后期开发生产整个周期过程中的井筒完整性,降低了环空带压风险。