压裂对水泥环受力及改善其力学特性材料研究

发布时间：2017-09-17 07:46

  本文关键词：压裂对水泥环受力及改善其力学特性材料研究

  更多相关文章： 分段压裂 固井 水泥环 EVA材料 表面改性 力学特性

【摘要】：分段压裂是实现页岩气、致密砂岩气等低渗油气藏商业化开采的关键技术。但是分段压裂时产生的冲击力、诱导应力以及较大内压变化,会使水泥环封隔完整性失效。针对该问题,论文首先从分段压裂水泥环受力分析入手,提出分段压裂井固井水泥环力学性能要求；然后,将建筑上常用的EVA材料引入油井水泥,并对该材料进行表面改性,评价该材料对水泥浆常规性能的影响和改善水泥石力学特性的效果。论文主要开展的工作及研究成果如下：(1)基于非均匀应力下的套管-水泥环-地层力学模型,引入水力裂缝诱导应力,建立分段压裂井水泥环受力模型。水泥环受力及位移均比不考虑诱导应力时要大很多。水泥环受力及位移随着距离水力裂缝壁面距离增加先增大后减小。(2)水泥环受力及位移随水力裂缝的数量、高度以及井筒内压增加而增大,随裂缝间距增大而减小；地应力非均质性越强水泥环受力和位移越大。对于低弹性模量地层,高弹性模量水泥环受力大,低弹性模量水泥环受力小；而高弹性模量地层水泥环受力则相反。(3)用具有两个强亲水基团(磺酸基和羧基)的TG对EVA颗粒进行表面改性处理后,用其配制的水泥浆的稳定性比未处理前增加。用红外光谱检测改性EVA发现了磺酸基、羧基、羟基三种亲水性极强的官能团。(4)随着EVA颗粒掺量增加,水泥浆流动性受影响不大,失水降低,稠化时间延长；水泥石抗压强度略有降低,但抗折强度增加,韧性明显增强,弹性模量降低,抗冲击功增强。EVA颗粒加量越多,弹性恢复出现得越早,弹性恢复率越大,水泥石自愈合能越强。
【关键词】：分段压裂 固井 水泥环 EVA材料 表面改性 力学特性
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE256
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-13
• 1.1 目的及意义7
• 1.2 国内外现研究现状7-11
• 1.2.1 分段压裂应力场改变机理7-8
• 1.2.2 水泥环受力模型8
• 1.2.3 弹韧性材料8-10
• 1.2.4 需要重点研究的方面10-11
• 1.3 研究思路及主要内容11-13
• 1.3.1 研究思路11
• 1.3.2 主要内容11-13
• 第2章 分段压裂井水泥环受力模型13-27
• 2.1 条件假设及井轴方位坐标转换13-15
• 2.2 只考虑地应力水泥环受力模型15-19
• 2.3 分段压裂井水泥环受力模型19-23
• 2.3.1 水力裂缝诱导应力场模型19-20
• 2.3.2 水力裂缝诱导应力场大小及分布20-21
• 2.3.3 复合地应力场模型21-23
• 2.4 复合应力下水泥环受力模型23
• 2.5 算例分析23-26
• 2.5.1 复合地应力下的水泥环受力分析23-25
• 2.5.2 水泥环受力随距离裂缝距离变化25-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第3章 分段压裂井水泥环受力影响因素27-36
• 3.1 水力裂缝参数对水泥环的影响27-29
• 3.1.1 水力裂缝数量的影响27-28
• 3.1.2 水力裂缝间距的影响28-29
• 3.1.3 水力裂缝高度的影响29
• 3.2 井筒内压变化对水泥环的影响29-30
• 3.3 水泥环力学特性对水泥环的影响30-33
• 3.3.1 水泥环受其弹性模量影响30-32
• 3.3.2 水泥环和地层弹性模量的配合32-33
• 3.3.3 水泥环受其泊松比影响33
• 3.4 地应力非均质性对水泥环的影响33-34
• 3.5 分段压裂时水泥石力学性能要求34-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第4章 新型弹韧性材料研究36-46
• 4.1 新型弹韧性材料36-37
• 4.2 EVA材料表面改性37-43
• 4.2.1 实验仪器及材料37-39
• 4.2.2 实验原理及方法39
• 4.2.3 实验结果与分析39-43
• 4.3 改性EVA颗粒亲水基团检测43-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 新型弹韧性材料水泥浆工程性能及力学性能评价46-62
• 5.1 对水泥浆常规性能影响46
• 5.2 对水泥石力学特性改善46-53
• 5.2.1 抗压强度抗折强度46-48
• 5.2.2 三轴力学性能48-49
• 5.2.3 弹性恢复能力测试49-51
• 5.2.4 抗冲击性能51
• 5.2.5 弹韧性机理分析51-53
• 5.3 EVA材料的自愈合性能53-61
• 5.3.1 自愈合性能测量装置及方法53-54
• 5.3.2 自愈合性能测量54-59
• 5.3.3 自愈合机理分析59-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第6章 结论与建议62-64
• 6.1 结论62
• 6.2 建议62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果70

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨恒林;陈勉;金衍;张广清;;套管水泥环刚度与强度对抗挤性能影响分析[J];天然气工业;2006年11期

2 曾德智;林元华;李双贵;施太和;;非均匀地应力下水泥环界面应力分布规律研究[J];石油钻探技术;2007年01期

3 张建忠;张志全;于洋洋;魏勇;张军杰;荣杰;段铮;;非均匀地应力下套管水泥环受力研究[J];断块油气田;2007年02期

4 陈朝伟;殷有泉;;水泥环对套管载荷影响的理论研究[J];石油学报;2007年03期

5 李双贵;曾德智;林元华;易浩;刘晓平;;水泥环对套管外载的影响规律研究[J];西部探矿工程;2007年11期

6 王耀锋;李军强;杨小辉;王水航;高晓刚;;水泥环弹性模量和泊松比与地层性质匹配关系研究[J];石油钻探技术;2008年06期

7 周兵;姚晓;华苏东;;套管试压对水泥环完整性的影响[J];钻井液与完井液;2009年01期

8 贾春雨;代晓宇;;椭圆水泥环厚度和弹性模量对套管受力的影响分析[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2009年02期

9 赵鹏;赵志宝;刘乐华;;水泥环缺失对套管损坏的影响分析[J];油气田地面工程;2009年10期

10 沈晓滨;;动载荷条件下水泥环损伤原因分析[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2010年05期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 潘沈洁;王晓;吕兆远;;均匀地应力下水泥环对钢套管的影响[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年

2 郑友志;郭小阳;梁涛;李早元;张智勇;;混合材水泥石微观结构对其声学特性的影响[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集（10）[C];2007年

3 徐平;李小春;王小明;方志明;;平面SH波作用下套管-水泥环的动力响应[A];第十二次全国岩石力学与工程学术大会会议论文摘要集[C];2012年

4 车小花;李俊;乔文孝;;固井水泥环周向不均匀性对套管井中偶极源声场的影响[A];2008年全国声学学术会议论文集[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 思源;四大战略提升水泥环保产业[N];中国高新技术产业导报;2004年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 陈正茂;高温高压气井井筒力学完整性研究[D];西南石油大学;2013年

2 聂臻;水泥环密封失效机理研究及应用[D];中国地质大学（北京）;2011年

3 杨志伏;基于水泥凝固过程的油井结构应力分析[D];哈尔滨工业大学;2013年

4 李早元;有助于改善层间封隔能力的聚合物多元水泥体系材料特性研究[D];西南石油大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 肖苏慧;固井水泥环对套管抗挤压性能的分析与研究[D];山东大学;2015年

2 王泽凡;水压作用下套管井的应力分析与流体窜槽机制研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 王博;非均匀的地应力下水泥环结构完整性规律分析[D];东北石油大学;2015年

4 吴彦先;高压气井中环空带压机理的研究[D];中国石油大学(华东);2014年

5 徐华翔;页岩气层固井水泥石力学性能有限元模拟研究[D];中国石油大学(华东);2014年

6 孙佳;油井开采阶段水泥环密封性失效机理研究[D];中国石油大学(华东);2014年

7 陈思宇;套管内载荷作用下水泥环力学性能分析[D];东北石油大学;2016年

8 李杨;二氧化碳地质存储过程中井筒完整性研究[D];东北石油大学;2016年

9 张凯;高压气井水泥环力学损伤机理及材料改性试验研究[D];西南石油大学;2016年

10 程朝;页岩气水平井压裂水泥环力学完整性研究[D];西南石油大学;2016年

，

本文编号：868159