CO2盐水层埋存条件下Mg^2+对油井水泥石腐蚀的影响

为探索CO2盐水层埋存条件下Mg^2+对油井水泥石腐蚀的影响,采用X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)和背散射电子像(SEM-BSE)等分析方法对腐蚀后的水泥石进行分析。结果表明:Mg^2+会减小CO2对水泥石的腐蚀速率;Mg^2+存在的情况下,水泥石表层生成的菱镁矿会一定程度上减缓碳酸钙的溶解,水泥石表面淋滤作用并不明显,内部生成的水镁石、菱镁矿和膨胀性矿物碳酸钙造成水泥石内应力增大而产生多条裂隙;Mg^2+存在的情况下,水泥石表层生成的菱镁矿及其内部生成的水镁石均会阻碍水泥石与外部腐蚀离子的反应,Mg^2+对CO2腐蚀水泥石的过程具有“减缓效应”。     

固井封固系统初始作用力及其影响

结合建井过程和水泥浆的水化硬化过程对封固系统初始作用力进行分析。结果表明:固井作业完成时封固系统受到初始作用力的作用,初始作用力包括井眼附近地层承担的钻开井眼后重新分布的地应力、套管内部流体对套管的静液柱压力、一界面处水泥环对套管的挤压力及其反作用力、二界面处水泥环对地层的挤压力及其反作用力,作用在一界面处的初始作用力形成的初始应力稍小于地层孔隙压力;作用在二界面处的初始作用力形成的初始应力与地层孔隙压力相等;一、二界面处的初始作用力是水泥浆水化直至形成水泥石的过程中逐渐传递地层孔隙压力的结果。现场测量数据验证了一、二界面处初始作用力的存在。封固系统初始作用力的变化会对封固系统产生重要影响。     

变内压条件下井筒完整性的弹塑性分析

针对套管内压变化影响井筒完整性问题,将套管、水泥环和地层视为弹塑性材料,从微间隙的形成及水泥环周向拉伸破坏两方面综合分析井筒的完整性,采用有限元方法模拟研究水泥环和地层机械参数变化对井筒完整性的影响。结果表明:水泥环弹性模量越大,越易形成微间隙和发生水泥环拉伸破坏;水泥环泊松比越小,形成的微间隙尺寸越大,越易发生水泥环拉伸破坏,但泊松比的影响程度较弹性模量小。地层弹性模量越小,越易形成微间隙且间隙尺寸较大,越易发生水泥环拉伸破坏;地层泊松比越大,形成的微间隙尺寸越大,但其影响程度较弹性模量小;地层泊松比变化对水泥环拉伸破坏的影响较小。在形成微间隙之前就可能会发生水泥周向环拉伸破坏。     

硅酸钠对固井施工安全的影响

硅酸钠对油井水泥缓凝剂具有促凝和助缓凝两种相互矛盾的作用,为满足固井施工安全性的需求,研究高模数硅酸钠对不同缓凝剂的影响。在分析硅酸钠对不同缓凝剂水泥浆体系水化机制影响的基础上,研究硅酸钠模数、硅酸钠加量等因素对硅酸钠助缓凝效果的影响。结果表明:硅酸钠对加有缓凝剂柠檬酸、酒石酸、氧化锌的水泥浆起到促凝作用,对葡萄糖酸钠起到助缓凝作用;模数为1的硅酸钠缩短了加有葡萄糖酸钠水泥浆的稠化时间,模数为2.2与3.3的硅酸钠延长了水泥浆的稠化时间;在葡萄糖酸钠加量为0.05%与0.075%的情况下,硅酸钠对静止的水泥浆起促凝作用,加量提高对流动的水泥浆起到先缓凝后促凝的作用,缓解了现场固井后候凝时间长的问题;加有硅酸钠的复配缓凝剂与葡萄糖酸钠相比,大温差适应能力好,有利于缩短候凝时间、改善长封固段井的固井质量。     

气孔对发气膨胀固井水泥石强度影响

发气膨胀剂产生的气孔具有补偿水泥石体积收缩及改善水泥石韧性的双重作用,对不同气孔体积比率的固井水泥石的抗压强度及水泥-套管界面胶结强度进行测试,并结合气孔结构显微观察对试验结果进行理论分析。结果表明:随着气孔体积比率增加,水泥石抗压强度及界面胶结强度先升高然后下降,进而又升高;气孔直径越均一,越利于提高水泥石强度;表面收缩压使半径不同的气孔内压力不同,小气孔内压力大于大气孔内压力;气孔间压力差增加了气孔边界骨架错位的可能性及小气孔沿着界面窜入大气孔内的趋势,从而降低水泥石的抗压强度和界面胶结强度;气孔通过影响水泥石的自应力、骨架应力和胶结面积,进而影响水泥石的抗压强度和界面胶结强度。