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高温高压环境固井水泥研究进展 被引量：6
1
作者 庞学玉 秦建鲲 +3 位作者 步玉环 袁中涛 王银东 王中丽 《石油天然气学报》 CAS 2020年第1期13-23,共11页
高温高压环境是深井、超深井、地热井、稠油热采井等固井面临的最大挑战之一;水泥石的高温强度衰退现象早在20世纪50年代就得到认识,经过近70年的研究,抗高温油井水泥体系的研究已经取得了很大的进展。该文章对本领域的研究成果进行了... 高温高压环境是深井、超深井、地热井、稠油热采井等固井面临的最大挑战之一;水泥石的高温强度衰退现象早在20世纪50年代就得到认识,经过近70年的研究,抗高温油井水泥体系的研究已经取得了很大的进展。该文章对本领域的研究成果进行了梳理与总结,调研了三种抗高温油井水泥体系,即加砂硅酸盐水泥、高铝水泥和磷铝酸盐水泥,分析了各种体系的优点与不足;重点阐述了常用加砂硅酸盐水泥的高温强度衰退机理及其物理力学性能影响因素,从而为油井水泥抗高温性能的进一步研究以及现场的配方优化设计提供参考依据。调研发现在较高温度环境加砂硅酸盐水泥均会出现不同程度的强度衰退现象,而减缓强度衰退的方法主要包括减小硅砂粒径、优化颗粒级配和提高水泥浆中的固相体积分数等。 展开更多
关键词 油井水泥 强度衰退 加砂硅酸盐水泥 高铝水泥 磷铝酸盐水泥
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200℃加砂硅酸盐水泥配方优化设计及强度衰退机理 被引量：6
2
作者 李宁 庞学玉 +4 位作者 艾正青 秦建鲲 刘忠飞 王洪路 王银东 《硅酸盐学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期1824-1833,共10页
通过研究200℃超高温环境下2种不同目数硅砂以及微硅等外掺料加量和配比对水泥石矿物成分及物理力学性能的影响,发现优化颗粒级配可以显著提高水泥石7 d抗压强度,同时提高SiO2总加量可以明显改善30 d长期强度。经过优化后的2套配方30d... 通过研究200℃超高温环境下2种不同目数硅砂以及微硅等外掺料加量和配比对水泥石矿物成分及物理力学性能的影响,发现优化颗粒级配可以显著提高水泥石7 d抗压强度,同时提高SiO2总加量可以明显改善30 d长期强度。经过优化后的2套配方30d抗压强度达到40 MPa以上,水测渗透率低于2×10–6μm2。通过分析该两套配方物理力学性能在30 d内物理力学性能及微观结构成分随养护时间的演化规律,发现水泥石矿物成分及矿物结晶状态在7 d至30 d基本没有变化,但微观结构有粗化现象,从而导致其抗压强度、弹性模量等力学性能随时间降低,水测渗透率随时间近乎线性增长。 展开更多
关键词 高温 高压 强度衰退 水测渗透率 气测渗透率 弹性模量 Poisson比 物相分析
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水灰比对油井水泥石微观性能影响的试验研究 被引量：1
3
作者 张震 庞学玉 +2 位作者 马朝阳 秦建鲲 李海龙 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期521-532,共12页
为研究水灰比对油井水泥石微观结构和微观力学性能的影响,采用压汞、热重和X射线衍射表征油井水泥石内部孔隙结构、水化进程和物相含量变化,通过统计纳米压痕技术表征油井水泥石的微观力学性能,其中最小平方差和最大似然估计算法用于油... 为研究水灰比对油井水泥石微观结构和微观力学性能的影响,采用压汞、热重和X射线衍射表征油井水泥石内部孔隙结构、水化进程和物相含量变化,通过统计纳米压痕技术表征油井水泥石的微观力学性能,其中最小平方差和最大似然估计算法用于油井水泥石固相弹性模量、硬度和体积分数的解卷积计算。针对最小平方差算法在拟合频率分布时受面元尺寸的影响,采用BSI模型对面元尺寸进行合理评估和选取。结果表明:水灰比影响油井水泥石孔隙度、孔径分布及孔隙特征,较高的水灰比促进了水泥水化;水化产物的弹性模量随水灰比增加略有降低,在低水灰比下,水化硅酸钙凝胶更多为高密度型,而在高水灰比下则相反;尽管两种解卷积算法基于不同准则,但均适用于胶凝材料的解卷积计算。 展开更多
关键词 油井水泥石 纳米压痕技术 解卷积算法 微观性能表征
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基于点矩阵技术的纹层页岩微观力学性质研究
4
作者 韩磊 时贤 +4 位作者 刘明 倪红坚 庞学玉 王民 马天寿 《中国科学：物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2023年第8期158-172,共15页
页岩是一种非均质多相复合体,具有多尺度特征的力学性质,组成成分高度非均质性.本文将来自渤海湾盆地湖相纹层页岩的4个岩样进行了大量压痕实验(一种点矩阵技术),得到其力学性能的空间分布,揭示了渤海湾盆地湖相纹层页岩的微观力学性质... 页岩是一种非均质多相复合体,具有多尺度特征的力学性质,组成成分高度非均质性.本文将来自渤海湾盆地湖相纹层页岩的4个岩样进行了大量压痕实验(一种点矩阵技术),得到其力学性能的空间分布,揭示了渤海湾盆地湖相纹层页岩的微观力学性质,证实了测试微尺度窗口中纹层页岩强烈的非均质性.然后,通过高斯混合建模解卷积(GMM)进行分析,将每个样品基于压痕数据聚类分成了3个独立簇(物理相),三个不同物理相和相应的百分比通过反卷积从网络压痕数据得到.最后,利用Mori-Tanaka,Dilute以及Self-consistent方法得到样品弹性均质化后的性质,将纳米压痕的数据升级到宏观尺度.结果表明,在所研究的样品中,Self-consistent求得的等效弹性模量和解卷积的结果最接近.均质化以及解卷积方法得到的样品杨氏模量范围在17.73–33.55 GPa,证明了纳米压痕技术在研究纹层页岩地层地质力学特性方面的适用性. 展开更多
关键词 网格压痕 纹层页岩 解卷积 均质化
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深层超高温水泥浆体配方及其强度衰退机理
5
作者 庞学玉 秦建鲲 +2 位作者 王治国 叶素桃 赵正超 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期90-100,共11页
固井水泥石质量是影响油气井生产和使用寿命的重要因素,而深井、超深井的高温高压环境严重影响着水泥环的长期稳定性和安全性,是导致固井水泥环完整性失效的主要原因之一。为此,设计出一套180℃、120 MPa循环温压条件下,稠化时间440 mi... 固井水泥石质量是影响油气井生产和使用寿命的重要因素,而深井、超深井的高温高压环境严重影响着水泥环的长期稳定性和安全性,是导致固井水泥环完整性失效的主要原因之一。为此,设计出一套180℃、120 MPa循环温压条件下,稠化时间440 min可调,流变、沉降稳定性及失水性能均满足超深井需求的固井水泥浆体系,并使用单轴压缩、X射线衍射、压汞、扫描电镜等测试手段分析了200℃与260℃养护温度下水泥石物理力学性能的长期变化规律及其控制机制。研究结果表明:(1)在高温200℃养护条件下,富含硅砂的固井水泥中早期会形成较多C-S-H凝胶类无定形水化产物,为水泥石带来优异的物理力学性能,但这种无定形产物在高温高压养护条件下的晶体化转变及其自身内部结构的粗化可导致水泥石宏观强度长期持续衰退;(2)在高温260℃养护条件下,加砂固井水泥水化产物主要为稳定的晶体型,虽然此温度下水泥石初始强度较低,渗透率较高,但2~90 d内强度变化在误差范围之内,长期性能较为稳定。结论认为,超深井工况下,水泥石中大量C-S-H凝胶的形成有助于提升其短期强度,但不利于其长期强度稳定,该认识对于新型抗高温固井水泥体系研发具有重要指导意义。 展开更多
关键词 深层 高温高压 强度衰退 定量分析 压汞分析 油井水泥
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比例因子法模拟硅酸盐水泥水化动力学 被引量：2
6
作者 孙立君 庞学玉 +1 位作者 郭胜来 步玉环 《硅酸盐学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期918-927,共10页
对用于模拟水泥水化动力学的比例因子模型进行了总结与扩展,通过等温量热实验数据着重分析了其在模拟养护温度、养护压力、添加剂和搅拌强度等多种因素对水泥水化进程的影响中的应用。结果表明:利用比例因子模型可以计算水泥在某标准条... 对用于模拟水泥水化动力学的比例因子模型进行了总结与扩展,通过等温量热实验数据着重分析了其在模拟养护温度、养护压力、添加剂和搅拌强度等多种因素对水泥水化进程的影响中的应用。结果表明:利用比例因子模型可以计算水泥在某标准条件下的等效龄期;在各种影响因素作用下水泥的累积放热量随等效龄期的演化曲线具有较好的一致性,且每一种影响因素与比例因子之间存在一定的函数关系;用该关系可以模拟各种影响因素对水泥水化动力学的影响。 展开更多
关键词 比例因子 等温量热 等效龄期 水化动力学 水泥 搅拌强度
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