Fatigue reliability quantitative analysis of cement concrete for highway pavement under high stress ratio

In order to obtain the change law of the fatigue reliability of cement concrete for highway pavement under high stress ratios, first, the probability densities of monotonic random variables including concrete fatigue life are deduced. And then, the fatigue damage probability densities of the Miner and Chaboche-Zhao models are deduced. By virtue of laboratory fatigue test results, the fatigue damage probability density functions of the two models can be obtained, considering different stress ratios. Finally, substituting load cycles into them, the change law of cement concrete fatigue reliability about load cycles can be acquired. The results show that under the same stress ratio, with the increase in the load cycle, the fatigue reliability declines from almost 100% to 0% gradually. No matter under what stress ratio, during the initial stage of the load action, there is always a relatively stable phase for fatigue reliability. With the increase in the stress ratio, the stable phase gradually shortens and the load cycle corresponding to the reliability of 0% also decreases. In the descent phase of reliability, the higher the stress ratio is, the lower the concrete reliability is for the same load cycle. Besides, compared with the Chaboche-Zhao fatigue damage model, the Miner fatigue damage model is safer.

防漏堵漏低密度水泥浆技术

跃进3-3XC井完钻井深达9432 m,水平钻进距离超过3400 m,刷新了亚洲最深和超深水平大位移井的纪录。该井地质结构复杂,施工难度大,对水泥浆性能要求高,除了高温、高压外,地层承压能力低,极易发生漏失。针对此类问题,通过研发新型功能性材料,构建了C-Lo PSD(1.30 g/cm^(3))、C-Lite STONE(1.60 g/cm^(3))与C-Hi PSD(1.40 g/cm^(3))三套低密度水泥浆体系,涵盖了中低温、高温等应用条件,并在跃进3-3XC井中成功应用,水泥浆性能满足固井需求。与之前用水泥浆体系相比,混浆效率、流变性、悬浮稳定性、水泥石抗压强度等明显提升。其中,C-Lite STONE(T_(BHC)=75℃/T_(TOC)=30℃)与C-Hi PSD(T_(BHC)=145℃/T_(TOC)=105℃)水泥浆体系在温差分别为45℃和40℃下,顶部48 h抗压强度达到8.1 MPa和14.3 MPa。跃进3-3XC井在施工期间多次遭遇漏失,通过使用自研的新型堵漏材料C-B62和C-B66,成功封堵裂缝,保证了固井施工的顺利进行。

抗高温低密度水泥浆体系研究与应用

为解决低密度水泥浆高温强度低、减轻材料承压能力不高、低密度水泥浆配浆困难等难题,研制了低密度增强材料DRA-2S、优选了耐压105 MPa的高性能空心玻璃微珠、聚羧酸分散剂DRS-2S及其他配套抗高温水泥外加剂,开发了抗高温低密度固井水泥浆体系。研究结果表明,该水泥浆能够满足循环温度150℃、井底静止温度180℃、耐压105 MPa的固井要求,顶部127℃静胶凝13.3 h起强度,24 h抗压强度12.4 MPa。开发的抗高温低密度水泥浆在西南油气田高温探井ZJ2井Ф127 mm尾管固井成功应用,固井质量合格率96.7%,为西南油气田高温易漏失复杂深井勘探开发提供了固井技术支撑。

高密度水泥浆固井胶结面密封性评价研究

针对高温高密度油井水泥浆体系固井胶结面密封性能评价问题,本次研究首从实验仪器、实验原理、实验材料以及实验步骤出发,开展高温高密度水泥浆体系实验研究,并从膨胀剂加量、环空补偿压力以及养护温度出发,开展高温高密度水泥浆体系固井胶结面密封性能评价分析。结果表明:水泥浆的体积膨胀与固井表面初始应力的变化是一致的。它可以作为评价水泥表面密封性能的关键指标之一。环空补偿压力、水泥养护温度和膨胀剂的添加是水泥浆体系体积膨胀性的三个主要控制因素;随着补偿压力、固化温度和膨胀剂用量的增加,胶凝表面的密封能增加、力量增加。研究结果为优化水泥浆体系和固井施工技术提供了理论依据。

水不分散材料对水泥浆抗水侵性能影响

川渝地区页岩气储层嘉陵江组裂缝性地层发育、地层水活跃,在钻井过程中出现较为突出的漏失问题,对钻井周期产生很大影响,制约了页岩气井的安全高效开采。针对页岩气井出现的漏失问题,对水不分散水泥浆体系进行研究,对5种多糖类聚合物和有机聚合物材料进行水不分散性能评价,优选出关键材料种类及配比,形成适用于含水漏失层封堵的低密度水不分散水泥浆体系,结合平衡压力堵漏工艺,保证水泥浆注替至漏失层后不被地层水冲散,实现漏失地层的有效封堵,为后续施工创造了条件。低密度水不分散水泥浆体系在川渝地区Z203H6-X页岩气漏失井中成功应用,地层承压当量密度由0.99 g/cm^(3)提高到1.21 g/cm^(3),后续结合堵漏浆强化堵漏,地层承压当量密度提升至1.81 g/cm^(3),为川渝地区页岩气井含水裂缝型地层漏失问题提供了一种技术手段。

高密度水泥浆技术研究进展

随着油气田开发程度的提高,需要钻探的深井超深井越来越多,各个油田也经常遇到异常高压气层和高压盐水层,使用高性能高密度水泥浆体系可以平衡地层压力,保证作业安全和质量。本文分析了研发高性能高密度水泥浆面临的关键问题,介绍了高密度水泥浆关键技术研究进展,探讨了高密度水泥浆技术发展方向。

耐高温低密度防CO_(2)腐蚀水泥浆体系研究

为研究适用于低压易漏地层且含CO_(2)腐蚀气体油气井固井水泥浆体系,制备了低密度防腐剂C-JX52,并构建了耐高温低密度防CO_(2)防腐蚀水泥浆体系,对水泥浆体系性能进行的评价实验结果表明:该低密度防腐蚀水泥浆流变性、失水和稠化时间满足现场施工要求,其24 h抗压强度大于14 MPa,在150℃、CO_(2)分压20 MPa条件下,30 d腐蚀深度在2 mm以下,抗压强度衰退率小于15%,渗透率增大率小于25%。

云南某铅锌矿区复杂地层钻探施工技术应用研究

云南某铅锌矿区地质条件复杂,岩石松散破碎,泥岩、页岩及煤系层发育,钻探施工中存在孔壁垮塌、缩径、卡钻、埋钻和成孔难度大、岩心采取率低等难题,施工进度慢,效率低。结合矿区复杂地层特点,通过采用金刚石底喷钻头、跟管钻进技术、高密度低失水泥浆等一系列钻探技术措施,应用绳索取心液动锤钻进技术,有效减少了孔内事故的发生,平均四次进尺提高22.97%,为项目的安全、高效和优质完提供了坚实的技术保障,为类似复杂地层的施工积累了经验。

高活性低密度水泥浆及其强度形成机理研究

为了解决井底高温高压下空心轻质颗粒破碎造成低密度水泥浆流变性恶化摩阻升高、密度上升,固井漏失风险增加的问题,利用高活性实心复合减轻材料和配套激活剂,开发了恒密度、具有二次水化特征的高活性低密度水泥浆体系。文章利用水化热分析仪、X射线衍射仪、热重分析仪和扫描电子显微镜等,研究了高活性低密度水泥浆体系的早期水化反应、水化产物化学结构、微观结构和抗压强度发展规律。结果表明:高温高压下高活性低密度水泥浆具有恒密度、恒流变的特点。在高活性低密度水泥浆中,硅酸盐水泥水化产生的碱性水化产物和水化热可激活复合减轻材料,使该水泥浆早期水化过程中具有二次水化特征,形成“双放热峰”,增加水泥浆的水化热和水化产物含量。高活性低密度水泥浆水化反应消耗Ca(OH)_(2),形成大量钙矾石和C-(A)-S-H,增加该水泥石的水化产物含量、固相体积分数和微观结构致密度。与釉化珍珠岩低密度水泥石相比,水化28 d高活性低密度水泥石的抗压强度提高了16.7%,其耐久性良好。

河探1井超高密度水泥浆控压注水泥塞技术

重点风险探井河探1井四开钻遇超高压油气层,二开Ø244.5 mm套管抗内强度60 MPa,关井能力不足,存在井控风险。为保障本井Ø177.8 mm套管回接固井的正常施工,通过室内实验开展加重材料及外加剂的优选,采用球形铁粉加重材料,配置出满足该井注水泥塞施工的密度2.60 g/cm^(3)水泥浆体系,在160℃、170 MPa条件下,48 h强度24.5 MPa,168 h强度28.1 MPa,滤失量23 mL。现场采用批混批注的方式,结合精细控压技术,实现了注水泥塞全过程的压力平衡,顺利完成了该井注水泥塞施工,水泥塞质量合格。应用结果表明,配置的2.60 g/cm^(3)超高密度水泥浆适用于类似的超高压固井施工,通过精细控压,可以解决钻井液密度不足以压稳地层、窄安全密度窗口固井时存在的压力波动问题,为后续同类井控压注水泥塞及控压固井积累了经验。

高黏度骨水泥经皮椎体成形术治疗骨质疏松性胸腰椎骨折对骨密度和胸腰椎功能的影响

目的探讨高黏度骨水泥经皮椎体成形术治疗骨质疏松性胸腰椎骨折对骨密度和胸腰椎功能的影响。方法选取2019年10月至2020年10月于本院治疗的50例骨质疏松性胸腰椎骨折患者作为研究对象,按注入椎体水泥的黏度分为对照组与观察组,每组25例。对照组给予低黏度骨水泥经皮椎体成形术治疗,观察组给予高黏度骨水泥经皮椎体成形术治疗。比较两组手术前后骨密度(BMD)水平、Cobb角与Oswestry功能障碍指数(ODI)评分。结果术前,两组BMD水平比较差异无统计学意义;术后6个月,两组BMD水平均低于术前,且观察组低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。术前,两组Cobb角与ODI评分比较差异无统计学意义;术后6个月,两组Cobb角均小于术前,ODI评分均低于术前,且观察组Cobb角小于对照组,ODI评分低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论高黏度骨水泥经皮椎体成形术治疗骨质疏松性胸腰椎骨折效果确切,可改善患者骨密度和胸腰椎功能,值得临床推广应用。

高温高密度水泥浆体系固井胶结面密封性能评价研究

川中地区高温高压气井环空气窜问题严重,水泥浆体系的体积膨胀性对固井胶结面的密封性能至关重要。采用川中地区现场用高温高密度水泥浆体系,开展了高温高压环境下水泥浆体系的体积膨胀性评价实验,采用体积膨胀率与壁面胶结强度衡量胶结面密封性能,提出了固井胶结面密封性能的主控因素,探索了各主控因素对界面密封性能的影响规律。结果表明:水泥浆体积膨胀性与固井胶结面的初始应力变化规律一致,可作为固井胶结面密封性能评价的关键指标之一;环空补偿压力、水泥浆养护温度、膨胀剂加量是水泥浆体系体积膨胀性的3个主控因素;随着环空补偿压力的增大、养护温度升高、膨胀剂加量增大,固井胶结面密封能力增强。研究结果为优选水泥浆体系、优化固井施工工艺提供了理论依据。

高密度油气井水泥浆的研制及应用

深井、超深井固井作业对水泥浆体系性能要求较高。为了满足深井、超深井固井作业需要,本文通过室内综合试验研究,优选合适的加重剂及水泥浆外加剂,构建了密度为2.10 g/cm^(3)、2.30 g/cm^(3)高密度固井水泥浆体系,并对水泥浆的性能进行评价。结果表明,该体系水泥浆具有较好的流变性和沉降稳定性,失水量低,抗压强度较高,抗高温性能优越。并且现已成功应用于蓬探XX井,固井质量优良,为后期深井及超深井固井的勘探开发起到了极为重要的推动作用。

提高伊拉克米桑油田CBMT固井质量的措施

与使用普通密度水泥浆体系固井的常规CBL测井相比,使用高密度水泥浆体系固井后进行CBMT测井时更易受工程因素影响。为提高电测CBMT固井质量,需要采取措施消除电测CBMT的影响因素,并优化固井措施以提高真实固井质量。结合伊拉克米桑油田实际施工情况,从套管内壁清洁度、微间隙、套管居中度、窜槽、固井顶替效率等方面对电测CBMT固井质量的影响进行分析,并提出相应的提升措施;结果表明,提高套管内壁清洁度、减少微间隙、提高套管居中度、防范固井时窜槽、提高顶替效率等措施,能明显改善高密度水泥浆体系电测CBMT的固井质量。

水泥土搅拌粉喷桩施工中基坑局部冒水原因分析及处理措施

为揭示某泵站水泥土双向搅拌粉喷桩在施工过程中局部地表形成冒水空洞的原因,采用高密度电法和静力触探法对空洞及周边部位进行补充勘测探查,并采取埋设排气管和压密注浆措施进行处理。结果表明:穿堤涵第4-5节地层含砂量较大,局部有粉砂、砂壤土夹层或透镜体夹层,随着喷粉压力在粉砂性土夹层中蓄积、连通,在地表相对薄弱环节集中排泄,形成地面集中冒水点,带走土颗粒,形成冒水空洞。在冒水点附近埋设排气管和压密注浆处理后效果较好。研究成果对类似地层水泥土双向搅拌粉喷桩地基处理具有一定的借鉴意义。

超高密度抗盐水泥浆体系的研究

针对西部地区高压油气层或老油区调整井固井作业时发生井喷、气窜的问题,研究出了超高密度抗盐水泥浆体系。该水泥浆体系由铁矿粉、降失水剂GJF-200L、分散剂FDN、缓凝剂GJR-200L、悬浮剂(微硅)配制而成。通过对超高密度抗盐水泥浆体系性能评价得知,该体系在淡水、10%NaCl盐水条件下,具有一定的抗压强度、良好的稳定性、较好的失水控制能力,稠化时间易调整。由现场模拟固井实验表明,该体系的流动度、初始稠度、可泵时间、稠化时间、失水量、析水量和抗压强度均满足了施工要求;密度为2.42g/cm2的水泥浆,当立罐压力为0.15-0.18MPa时可保证正常供灰,达到所需的密度;密度为2.60g/cm3的水泥浆,当立罐压力为0.18-0.20MPa时可保证正常供灰,达到所需的密度。该超高密度抗盐水泥浆体系可用于现场异常高压油气井固井施工的需要。

超低密度水泥浆体系设计和研究

欠平衡钻井的发展和某些低破裂压力地层要求固井水泥浆密度低于1.20 g/cm3,有些甚至要求水泥浆密度低于1.00 g/cm3。为此,引入了超低密度水泥浆的概念;分析了所使用的减轻材料选择依据,提出超低密度水泥浆设计原理,超低密度水泥浆密度可达0.96 g/cm3;讨论了超低密度水泥浆稳定性、失水、强度等性能,并对超低密度水泥浆的综合性能进行了试验,结果表明其综合性能优良,可以满足各种固井工程的应用要求。

一种高密度盐膏层固井水泥浆的研究及应用

针对伊拉克米桑油田高压盐膏层固井的特点,开发了一种高密度盐膏层固井水泥浆PC-HDS CMT。该水泥浆采用颗粒级配的赤铁矿粉进行加重,最高密度可达2.40 g/cm3;通过设计新的实验方法,优化了盐膏层固井水泥浆的配浆盐水的种类及浓度,采用5%低浓度氯化钾盐水配浆,使水泥浆在具有一定溶解抑制能力的同时,具有更快的强度发展速度和24 h抗压强度,更有利于封固高压盐膏层;优选了一种新型聚羧酸类分散剂,其具有优良的分散效果和抗盐防触变能力;同时研选了一系列其他性能优良的抗盐添加剂,使水泥浆的失水量可控,稠化时间可调,且具有微膨胀和防漏失能力。该水泥浆已在伊拉克米桑油田高压盐膏层固井作业中得到成功应用,解决了固井过程中井漏、固井作业后井口带压和井底窜流等问题。

超高温高密度固井隔离液研究与应用

高温高密度井给提高顶替效率的固井隔离液提出了严峻的挑战。通过选用高分子聚合物,辅助高温稳定剂配制出了密度可达2.4 g/cm3的超高密度隔离液,室内研究表明,该隔离液抗温性能达到175℃,具有很好的悬浮稳定性和流变性,与钻井液和水泥浆有较好的相容性及抗污染性,并能延长水泥浆凝结时间,对固井施工安全有保证作用。通过现场一口钻井液密度达2.05 g/cm3的超深井固井应用,固井施工顺利,水泥浆返高界面清晰,过渡段短,水泥环胶结良好,固井质量合格。

官深1井超高密度水泥浆固井技术

为解决异常高压气层和高压盐水层固井的实际困难,采用新型超高密度加重材料、超细加重稳定剂与其他填充剂进行颗粒级配,形成了密度为2.60～2.85kg/L的超高密度水泥浆体系。该体系具有流动性好、强度高、抗高温、防窜能力强、对温度及密度变化自适应、施工安全性高、顶部无超缓凝的优点。针对超高密度水泥浆现场施工工艺,进行了超高密度材料灰样混配方案设计、高密度灰样模拟运输测试等研究,并通过优化施工方案,形成了超高密度水泥浆配套固井工艺技术。该技术在官深1井三开固井中成功应用,入井隔离液平均密度为2.75kg/L,水泥浆平均密度2.78kg/L,创造了国内入井水泥浆密度最高纪录。