水泥環(huán)對(duì)油氣井套管力學(xué)性能影響分析計(jì)算

油井套管在機(jī)械和化學(xué)作用會(huì)下引起變形、錯(cuò)斷、破裂以及腐蝕等損壞,使油氣井壽命縮短。水泥環(huán)韌性提高與彈性模量降低,有利于阻止地下流體對(duì)套管產(chǎn)生化學(xué)腐蝕,降低套管受到的最大應(yīng)力和擠壓套損。采用彈性力學(xué)和有限元方法分析井下水泥環(huán)以及套管的受力情況,明確了高韌性水泥環(huán)降低套管擠壓套損的作用機(jī)制。

通過(guò)室內(nèi)向水泥土中摻入閉孔珍珠巖的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),研究了不同摻量、不同齡期對(duì)水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響,分析了單軸受壓下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及作用機(jī)理。研究結(jié)果表明:摻入適量的閉孔珍珠巖可以有效地增強(qiáng)水泥土強(qiáng)度,改善其力學(xué)性能。

為了探索最佳的發(fā)泡水泥基材配合比,為超輕發(fā)泡水泥保溫板在最低體積密度下實(shí)現(xiàn)最高強(qiáng)度提供配方依據(jù),首先對(duì)新拌漿體的流動(dòng)度和凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行了測(cè)試,然后對(duì)滿足發(fā)泡漿體工作性要求的配比進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試,在最高的抗壓強(qiáng)度配比的基礎(chǔ)上,探索了纖維的長(zhǎng)度、直徑、品種及纖維摻量對(duì)發(fā)泡水泥基材力學(xué)性能的影響。最后,在優(yōu)選出的發(fā)泡水泥基材配比基礎(chǔ)上進(jìn)行了中試,所獲得的發(fā)泡水泥保溫板性能滿足"十二五"國(guó)家科技支撐課題提出的各項(xiàng)指標(biāo)要求。

通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)量，研究了第一、第二界面膠結(jié)良好情況下套管井內(nèi)的聲場(chǎng)，考察了水泥密度、套管直徑及其壁厚對(duì)套管波幅度的影響，并將部分?jǐn)?shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，套管波幅度隨固井水泥密度增大而減小，低密度水泥和常規(guī)密度水泥固井時(shí)所得到的套管波幅度相差較大；因此，進(jìn)行固井質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)不同密度的水泥應(yīng)采用不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)套管直徑不變而壁厚增大時(shí)，套管波到時(shí)不變而幅度增大；當(dāng)套管壁厚不變而直徑增大時(shí)，套管波到時(shí)延后而其絕對(duì)幅度減小。對(duì)油田中常用的三種套管，在大型號(hào)套管中所得到的套管波的相對(duì)幅度也較大。另外，數(shù)值結(jié)果中套管波相對(duì)幅度隨水泥密度的變化規(guī)律與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果基本一致。

通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)量,研究了第一、第二界面膠結(jié)良好情況下套管井內(nèi)的聲場(chǎng),考察了水泥密度、套管直徑及其壁厚對(duì)套管波幅度的影響,并將部分?jǐn)?shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明,套管波幅度隨固井水泥密度增大而減小,低密度水泥和常規(guī)密度水泥固井時(shí)所得到的套管波幅度相差較大;因此,進(jìn)行固井質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)不同密度的水泥應(yīng)采用不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)套管直徑不變而壁厚增大時(shí),套管波到時(shí)不變而幅度增大;當(dāng)套管壁厚不變而直徑增大時(shí),套管波到時(shí)延后而其絕對(duì)幅度減小。對(duì)油田中常用的三種套管,在大型號(hào)套管中所得到的套管波的相對(duì)幅度也較大。另外,數(shù)值結(jié)果中套管波相對(duì)幅度隨水泥密度的變化規(guī)律與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果基本一致。

由于水泥土抗凍性能較差,在多年凍土和季節(jié)性凍土地區(qū),水泥土的應(yīng)用和推廣受到了一定的限制,如何提高反復(fù)凍融條件下水泥土的強(qiáng)度和耐久性,保證工程的使用壽命,是水泥土材料在寒冷地區(qū)進(jìn)一步推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。通過(guò)在水泥土中加入閉孔珍珠巖,得出水泥土在不同閉孔珍珠巖摻量下凍融循環(huán)后的強(qiáng)度值,分析了凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)閉孔珍珠巖水泥土性能的影響及凍融循環(huán)前后閉孔珍珠巖水泥土強(qiáng)度變化,對(duì)摻入閉孔珍珠巖的水泥土做了初步的機(jī)理分析。

研究了以管溝污泥等量替代天然細(xì)集料制備水泥混凝土。研究結(jié)果表明:在混凝土中摻加一定量的管溝污泥可配制出強(qiáng)度等級(jí)在40mpa以上的混凝土,其28天強(qiáng)度高于同配合比的基準(zhǔn)混凝土。此外隨污泥摻量增加,混凝土坍落度降低,凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)。

磨細(xì)鍶渣水泥膠砂力學(xué)性能影響因素

研究了密封條件下,三種不同水泥所配制的鋼管混凝土的成型品質(zhì)、混凝土力學(xué)性能、限制膨脹率以及軸心短柱抗載承載能力。結(jié)果表明:快硬硫鋁酸鹽水泥混凝土的限制膨脹率、鋼管混凝土短柱的軸壓極限荷載均最大,低熱微膨脹水泥鋼管混凝土次之,普通硅酸鹽水泥鋼管混凝土最小。

水泥穩(wěn)定碎石（csm）是目前道路工程中應(yīng)用最為廣泛的半剛性基層材料,鑒于原材料的品質(zhì)對(duì)csm路用性能影響較大,針對(duì)含泥量這一碎石集料主要指標(biāo),采用室內(nèi)物理試驗(yàn)配制不同含泥量的csm試件,模擬工程中集料中泥土存在狀態(tài),通過(guò)測(cè)試材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能指標(biāo),分析含泥量影響csm各力學(xué)性能的基本規(guī)律及作用機(jī)理。研究結(jié)果表明：隨著含泥量逐漸增加,csm材料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、彈性模量均呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢(shì),峰值對(duì)應(yīng)含泥量為0.74%;適當(dāng)?shù)暮嗔靠梢宰鳛榧?xì)集料起到填充粗集料空隙作用,提高了csm密實(shí)性,從而提高其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、彈性模量;但含泥量過(guò)多勢(shì)必減小了粗集料的含量,從而引起集料級(jí)配由骨架密實(shí)型向懸浮密實(shí)型狀態(tài)轉(zhuǎn)變,并且粗集料表面覆蓋過(guò)多的泥層影響水泥水化膠結(jié)物與碎石的膠結(jié)效果,使得csm材料的抗壓能力減弱。研究成果為公路工程csm施工質(zhì)量控制提供參考。

采用sem,xrd和電阻率測(cè)定儀研究了纖維水鎂石對(duì)硅酸鹽水泥硬化漿體的力學(xué)增強(qiáng)機(jī)理。結(jié)果表明,由于添加具有高拉伸強(qiáng)度和高楊氏模量的纖維水鎂石,在水泥硬化漿體原有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上又建立了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),改進(jìn)了基體材料的界面結(jié)構(gòu),同時(shí),纖維水鎂石和水泥基體材料同屬極性物質(zhì),在水化開(kāi)始后水鎂石纖維表面被水化產(chǎn)物c-s-h凝膠所覆蓋,表明其具有良好的物理相溶性,這種雙重作用提高了水泥硬化漿體的物理力學(xué)性能。

為改善軟弱地基力學(xué)性能,采用水泥摻量為16%,浮石粉摻量為8%,含水量分別為10%、15%、20%、25%的4組浮石粉水泥土試件進(jìn)行三軸剪切試驗(yàn),分析了不同含水量下浮石粉水泥土的力學(xué)性能。結(jié)果表明:隨著含水量的增加,浮石粉水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈拋物線形變化,試件含水量為15%時(shí)強(qiáng)度達(dá)到峰值,說(shuō)明泥土中摻入8%的浮石粉加固含水量為15%左右的軟弱地基效果最佳。

針對(duì)國(guó)內(nèi)高壓地下cng儲(chǔ)氣井結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、存在井筒上冒和下沉的現(xiàn)象,對(duì)高壓地下儲(chǔ)氣井井筒進(jìn)行了受力分析,采用理論分析、實(shí)例計(jì)算和計(jì)算機(jī)仿真等方法開(kāi)展研究,綜合運(yùn)用ansys軟件、彈性力學(xué)、固體力學(xué)和土壤力學(xué)等方面的理論,建立了套管-水泥環(huán)-地層耦合模型。分析了不同壁厚套管在非均勻地應(yīng)力下對(duì)井筒徑向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力的影響,指出壁厚較厚的套管可承載較大的徑向載荷,有利于套管-水泥環(huán)-地層耦合的穩(wěn)定,但套管壁厚的變化對(duì)環(huán)向載荷的影響并不十分明顯,所以選擇套管壁厚時(shí)既要確保儲(chǔ)氣井的安全,又要經(jīng)濟(jì)合理。

油氣井固井水泥環(huán)的作用就是減小和改善套管的受力狀況,延長(zhǎng)套管的使用壽命。套管水泥環(huán)組合體在一定的外擠壓力作用下,均有可能進(jìn)入屈服狀態(tài)或發(fā)生強(qiáng)度破壞,而水泥環(huán)彈性模量、泊松比及其幾何參數(shù)均表現(xiàn)為組合體剛度對(duì)抗擠性能的影響,所以在套管抗擠性能分析中,應(yīng)該同時(shí)考慮組合體剛度以及套管、水泥環(huán)的強(qiáng)度對(duì)組合體抗擠性能的影響。文章根據(jù)厚壁筒彈塑性力學(xué)理論,建立了組合體剛度以及套管、水泥環(huán)強(qiáng)度對(duì)抗擠性能影響的控制方程,揭示了套管、水泥環(huán)強(qiáng)度及組合體剛度對(duì)抗擠性能的影響規(guī)律,得到套管水泥環(huán)組合體抗擠性能控制圖。在均勻外擠壓力作用下,套管、水泥環(huán)的強(qiáng)度將確定組合體抗擠性能的剛度控制區(qū),在組合體剛度控制區(qū)內(nèi),水泥環(huán)對(duì)套管抗擠強(qiáng)度的提高程度取決于組合體剛度控制線斜率,在套管鋼級(jí)和壁厚一定條件下,提高水泥環(huán)材料彈性模量,增大組合體剛度控制線斜率,可以提高套管水泥環(huán)組合體的抗擠性能。

本文介紹了一種混凝土引氣劑的制備技術(shù),并同時(shí)對(duì)摻加該引氣劑后的混凝土力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)驗(yàn)結(jié)果表明,摻加該引氣劑后,混凝土密度下降,能改善混凝土的工作性能,但對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響不明顯。

以鎂渣為研究對(duì)象,利用物理激活方法對(duì)其活性進(jìn)行激發(fā),通過(guò)設(shè)置不同的粉磨時(shí)間得到比表面積不同的鎂渣,將其以等量取代水泥的方式摻入不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土中。通過(guò)檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度力學(xué)性能,探究在混凝土強(qiáng)度等級(jí)不同時(shí),鎂渣比表面積及摻量的改變對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響,并對(duì)其作為混凝土摻合料的可行性進(jìn)行論證。

將33塊規(guī)格為150mm×150mm×150mm塊試塊分成11組,每組3塊,分別做好編號(hào)標(biāo)記。對(duì)這11組試塊分別進(jìn)行0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10次凍融循環(huán),同組的試塊同時(shí)進(jìn)行凍融。試驗(yàn)表明隨著凍融循環(huán)的進(jìn)行,橡膠混凝土表面會(huì)出現(xiàn)裂縫,并有細(xì)小顆粒脫落。凍融循環(huán)次數(shù)增加,則其表面的裂縫會(huì)變多且越來(lái)越粗。橡膠混凝土的質(zhì)量損失隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而增大,隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,質(zhì)量損失的幅度呈增大趨勢(shì)。

聚合物干粉對(duì)水泥砂漿力學(xué)性能的影響

對(duì)粉煤灰的水泥穩(wěn)定碎石力學(xué)性能進(jìn)行研究,提出粉煤灰最佳摻量,并對(duì)該外加劑的使用給出了理論上的驗(yàn)證。

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn),著重研究了集料級(jí)配變化對(duì)水泥穩(wěn)定砂礫力學(xué)性能的影響。同時(shí)分析了引起水泥穩(wěn)定砂礫干縮現(xiàn)象的主要原因,并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。

介紹了引氣劑品種的選擇,通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究了摻加引氣劑的水泥穩(wěn)定碎石力學(xué)性能,同時(shí)對(duì)不同水泥用量、不同引氣劑用量條件下水泥穩(wěn)定碎石的力學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比分析,從而促進(jìn)引氣劑在水泥穩(wěn)定碎石中的應(yīng)用。

為探索孔結(jié)構(gòu)特征與高摻量礦渣水泥漿體的力學(xué)性能相關(guān)性,在礦渣摻量高達(dá)70%作用下,測(cè)試了比表面積分別為380m~2/kg、472m~2/kg、565m~2/kg的高摻量礦渣水泥(對(duì)應(yīng)編號(hào)分別為hsc-1、hsc-2、hsc-3)硬化漿體各齡期強(qiáng)度;并采取壓汞法和吸水動(dòng)力學(xué)測(cè)孔法,對(duì)硬化漿體孔分布曲線、特征孔徑以及孔均勻性進(jìn)行分析。結(jié)果表明:hsc-2、hsc-3試樣漿體3d強(qiáng)度較hsc-1試樣漿體3d強(qiáng)度分別高出6.5mpa、10.8mpa;28d強(qiáng)度分別高出8.8mpa、11.2mpa;隨著高摻量礦渣水泥比表面積的增大,硬化漿體平均孔徑、中孔直徑、最可幾孔徑及吸水率均逐漸減小,水化產(chǎn)物凝膠微孔增多,但同時(shí)總孔隙率有所增大,高摻量礦渣水泥細(xì)度的提高可使孔徑分布均勻,孔分布趨于細(xì)化,力學(xué)性能得到改善。