固井注水泥用纤维及颗粒材料堵漏和增韧实验研究

论文摘要

固井工程是钻井完井工程中的一个关键环节,是后续安全、钻进和油气开采的重要保证。然而对于孔隙性低压地层、渗漏性地层和诱导裂缝性地层,固井时容易出现漏失低返,常规低密度水泥浆体系难以满足封固环空要求；另一方面水泥石具有天生的硬脆性材料,试压、酸化、压裂产生的压力变化,以及钻柱碰撞、射孔产生的机械应力,均可能破坏水泥石力学完整性和水力密封性,导致层间封隔失败。纤维与弹性颗粒材料在油井水泥浆中各有优势,均能从不同方面提高水泥浆堵漏能力,增加水泥石韧性。论文选取了陶瓷纤维、聚丙烯纤维、纤维SD-66、钢纤维和弹性颗粒材料,通过配套处理剂得到一套性能稳定的堵漏水泥浆体系。利用水泥浆堵漏能力简易评价装置,考察了各种纤维及弹性颗粒材料水泥浆体系的堵漏效果,并在实验基础上分析了其堵漏机理。此外,论文在调研了水泥石增韧机理的基础上,考察了硅酸铝陶瓷纤维、碳纤维、钢纤维、橡胶粉加量对水泥浆流动性能、水泥石抗压强度和抗折强度的影响,并在此基础上,考察不同加量的橡胶粉与无机纤维材料、不同加量的橡胶粉与金属纤维对水泥石抗压强度和抗折强度的影响规律。研究结果表明：（1）聚丙烯纤维、陶瓷纤维、纤维SD-66、碳纤维等纤维和橡胶粉颗粒等弹性颗粒作为单一纤维类堵漏材料时,通过室内堵漏实验,得出其堵漏机理（2）单一的弹性颗粒材料很难堵住缝口或孔口,单一纤维材料有一定的封堵效果。为获得更好的封堵效果,建议采用纤维与颗粒材料复配。通过纤维与橡胶粉复配室内堵漏实验,得出其堵漏机理。（3）提高水泥石抗折强度,改善水泥石韧性,可以向水泥浆中加入,硅酸铝陶瓷纤维、碳纤维、钢纤维、橡胶粉等单一增韧材料,其最优加量分别为0.06%、0.18%、0.2%-0.4%、3%；同时通过增韧机理分析,发现纤维或是橡胶粉对水泥石的抗折强度影响比抗压强度影响更大。（4）橡胶粉与无机纤维材料复合的配比为：橡胶粉3.0%+SD-66纤维1.5%；橡胶粉和金属纤维复合的配比为：橡胶粉3.0%+金属纤维1.5%,均能有效改善水泥石的韧性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 纤维及堵漏材料用于油井堵漏研究现状
• 1.3.2 纤维改性水泥浆研究现状
• 1.3.3 弹性颗粒材料改性水泥浆研究现状
• 1.4 研究思路及主要内容
• 1.4.1 研究思路
• 1.4.2 研究主要内容
• 第2章 实验设计及评价手段
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 油井水泥材料
• 2.1.2 橡胶粉及橡胶颗粒
• 2.1.3 纤维类材料
• 2.1.4 油井水泥外加剂
• 2.2 实验仪器及装备
• 2.3 水泥浆的制备和养护
• 2.4 水泥石强度测定
• 2.4.1 水泥石抗折强度的测定
• 2.4.2 水泥石抗压强度的测定
• 2.5 堵漏评价试验
• 2.5.1 试验装置图
• 2.5.2 试验装置基本原理
• 2.5.3 堵漏试验评价
• 2.6 本章小结
• 第3章 纤维材料和弹性颗粒材料室内堵漏试验
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 聚丙烯纤维实验
• 3.1.2 陶瓷纤维实验
• 3.1.3 纤维SD-66实验
• 3.1.4 碳纤维堵漏实验
• 3.1.5 纤维与弹性颗粒材料互配堵漏实验
• 3.2 堵漏机理分析
• 3.2.1 纤维水泥堵漏机理
• 3.2.2 纤维与橡胶粉互配堵漏机理
• 3.3 本章小结
• 第4章 纤维材料和弹性颗粒材料室内增韧试验
• 4.1 陶瓷纤维增韧实验研究
• 4.1.1 陶瓷纤维对水泥浆性能的影响
• 4.1.2 陶瓷纤维对水泥石力学性能的影响
• 4.2 聚丙烯纤维增韧实验研究
• 4.2.1 聚丙烯纤维对水泥浆性能的影响
• 4.2.2 聚丙烯纤维对水泥石力学性能的影响
• 4.3 钢纤维增韧实验研究
• 4.3.1 钢纤维对水泥浆性能的影响
• 4.3.2 钢纤维对水泥石力学性能的影响
• 4.4 碳纤维增韧实验研究
• 4.5 SD66纤维对水泥是力学性能影响的研究
• 4.6 橡胶粉改性水泥石力学性能研究
• 4.6.1 橡胶粉的改性
• 4.6.2 橡胶掺量最佳配合比
• 4.6.3 硫化橡胶粉对水泥石抗压和抗折强度的影响
• 4.7 二元材料复合水泥浆体系
• 4.8 水泥石增韧机理研究
• 4.8.1 纤维材料增韧机理
• 4.8.2 弹性颗粒材料增韧机理
• 4.9 本章小结
• 第5章 结论及建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果