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胶结界面的微观结构与界面胶结强度强化机理研究

杨振杰  
【摘要】: 目前国内许多油田已进入开发后期,开采强度不断增大,井下情况更加复杂,对于石油工程中的固井和挤堵作业涉及的封固界面的抗冲蚀破坏性能要求越来越高,迫切需要解决影响界面胶结质量的各种问题,特别是流体渗流条件下的界面胶结强度的建立和保持问题。开展胶结界面微观结构的研究对解决相关的技术难题具有十分重要的意义。 本文首先建立了能够模拟井下温度压力和流体渗流的动态养护实验手段和方法,在水泥基复合材料胶结界面微观结构研究方法和研究成果的基础上,应用现代水泥基复合材料胶结界面微观结构研究理论,重点研究了动静态养护条件下油井水泥、YLD-1堵漏剂和YLZ-1暂堵剂三种凝胶材料与钢管和泥浆浸泡岩芯胶结界面微观结构和力学性能,在此基础上建立了相关的微观结构模型,从新的角度提出了界面胶结强度的增强机理,提出了解决固井双界面和油水井堵漏的抗窜问题和提高封固有效期的途径。 本文的主要研究成果是: 1.通过实验证明了经典的水泥基复合材料胶结界面微观结构研究的基本结 论,即在胶结界面存在一个结构疏松的过渡层,是封堵材料抗窜性能的薄弱 环节,在动态养护条件下显得更为突出。 2.建立了6个主要的胶结界面微观结构模型,揭示了固井水泥环窜漏失效 的机制和 YLD.1堵漏剂界面胶结强度增强机制,由此推出了胶结界面微观 结构增强模型和界面胶结强度增强机理。 3.通过实验发现在动态养护条件下影响封堵材料界面胶结强度的关键因素 是界面过渡层水化产物的组成和性质、封固材料固化体胶结界面自我修复的 再愈合机制。 4.提出了建立多相油井水泥基复合材料固井液体系的观点,同时提出了解 决固井双界面胶结质量问题的序列配套技术,为从整体和系统的角度解诀固 井水泥环胶结界面的抗窜强度问题,建立作用机理与常规方法完全不同的新 型防窜固井液体系提供了理论指导。 S.提出了强化界面胶结强度的方法,据此设计研究了新型的油水井堵漏剂 YLD-1,并成功地进行了矿场试验,现场试验结果表明新型堵漏剂能够明显 提高施工有效期,证明本文的理论研究成果对现场有一定的指导意义。


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