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抗高温弹韧性水泥浆体系优化研究

李斐

李斐. 抗高温弹韧性水泥浆体系优化研究[J]. 钻井液与完井液,2021,38(5):623-627 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.05.013
引用本文: 李斐. 抗高温弹韧性水泥浆体系优化研究[J]. 钻井液与完井液,2021,38(5):623-627 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.05.013
LI Fei.Study on optimization of high temperature cement slurry with elasticity and toughness[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2021, 38(5):623-627 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.05.013
Citation: LI Fei.Study on optimization of high temperature cement slurry with elasticity and toughness[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2021, 38(5):623-627 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.05.013

抗高温弹韧性水泥浆体系优化研究

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.05.013
基金项目: 中国石化重点科技项目“顺北一区5号断裂带提质提速钻完井技术研究”(P20002);中国石化“十条龙”科技项目“顺北油田勘探开发关键技术攻关及应用”
详细信息
    作者简介:

    李斐,助理研究员,1986年生,2012年毕业于中国石油大学(华东)油气井工程专业并获得硕士学位,现在主要从事固井工具及水泥浆体系方面的研究工作。电话(0991)3161162;E-mail:lifei.xbsj@sinopec.com

  • 中图分类号: TE256.6

Study on Optimization of High Temperature Cement Slurry with Elasticity and Toughness

  • 摘要: 在顺北区块和塔中北坡勘探开发过程中,面临着传统水泥石硬脆性明显,在压裂施工中易出现环空微间隙,破坏水泥环完整性的问题。通过理论分析及实验研究,研发了水泥石弹韧性改性新方法,由传统技术的材料高性能发展为结构高性能,通过亲水改性的聚氟胶粉改善水泥石的弹性,有机、无机纤维协同作用增加水泥石的韧性,纳米二氧化硅改善水泥石微观结构增加强度,研发了抗高温弹韧剂,其耐温大于150 ℃,能降低水泥石弹性模量达37.13%,同时保持水泥石具有较高强度,并且具有较好的经济性。以高温弹韧剂为关键,通过评价配套的高温固井外加剂,开发出一套性能良好的高温弹韧性水泥浆体系,体系流变性良好、稠化时间合理、API失水量为45 mL,水泥石弹性模量为6.089 GPa、抗压强度大于30 MPa,满足固井施工要求,为高温高强高韧性水泥浆体系的推广应用奠定了基础。

     

  • 图  1  不同弹塑性材料对水泥石抗压强度的影响(150 ℃、20 MPa)

    图  2  聚氟胶粉粒径对水泥石三轴力学性能影响规律

    图  3  聚氟胶粉加量对水泥石三轴力学性能影响规律

    图  4  加量为0.6%的4种纤维对水泥石抗压强度的影响(150 ℃、10 MPa)

    图  5  纳米材料对水泥石抗压强度的影响

    图  6  加入纳米二氧化硅的水泥石微观结构

    图  7  弹韧性水泥石循环加载测试

    图  8  常规水泥石循环加载测试

    表  1  不同配方水泥石的三轴数据汇总

    配方弹性模量/
    MPa
    泊松比体积模量/
    MPa
    p/
    MPa
    破裂时体积
    应变/%
    1#10 783.6540.0944426.78746.7230.591
    2#6993.9850.1273125.10536.7920.871
    3#6855.0290.1162975.27341.3970.847
    4#6779.7520.0752658.72646.2681.232
    5#6940.2750.1013865.37245.4900.965
    6#6952.8970.1163919.15634.9731.206
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    表  2  水泥石在不同温度、压力下的抗压强度

    实验条件p/MPa
    24 h72 h7 d
    110 ℃/20 MPa20.3424.9025.50
    130 ℃/20 MPa23.5029.6530.10
    150 ℃/20 MPa24.5030.8630.97
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  • 收稿日期:  2021-04-21
  • 刊出日期:  2021-10-01

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