水泥环对油气井套管力学性能影响分析计算

油井套管在机械和化学作用会下引起变形、错断、破裂以及腐蚀等损坏,使油气井寿命缩短。水泥环韧性提高与弹性模量降低,有利于阻止地下流体对套管产生化学腐蚀,降低套管受到的最大应力和挤压套损。采用弹性力学和有限元方法分析井下水泥环以及套管的受力情况,明确了高韧性水泥环降低套管挤压套损的作用机制。

通过室内向水泥土中掺入闭孔珍珠岩的无侧限抗压强度试验,研究了不同掺量、不同龄期对水泥土无侧限抗压强度的影响,分析了单轴受压下的应力-应变曲线及作用机理。研究结果表明:掺入适量的闭孔珍珠岩可以有效地增强水泥土强度,改善其力学性能。

为了探索最佳的发泡水泥基材配合比,为超轻发泡水泥保温板在最低体积密度下实现最高强度提供配方依据,首先对新拌浆体的流动度和凝结时间进行了测试,然后对满足发泡浆体工作性要求的配比进行抗压强度测试,在最高的抗压强度配比的基础上,探索了纤维的长度、直径、品种及纤维掺量对发泡水泥基材力学性能的影响。最后,在优选出的发泡水泥基材配比基础上进行了中试,所获得的发泡水泥保温板性能满足"十二五"国家科技支撑课题提出的各项指标要求。

通过数值模拟结合实验测量，研究了第一、第二界面胶结良好情况下套管井内的声场，考察了水泥密度、套管直径及其壁厚对套管波幅度的影响，并将部分数值模拟结果与实验结果进行了对比。结果表明，套管波幅度随固井水泥密度增大而减小，低密度水泥和常规密度水泥固井时所得到的套管波幅度相差较大；因此，进行固井质量评价时对不同密度的水泥应采用不同的评价标准。当套管直径不变而壁厚增大时，套管波到时不变而幅度增大；当套管壁厚不变而直径增大时，套管波到时延后而其绝对幅度减小。对油田中常用的三种套管，在大型号套管中所得到的套管波的相对幅度也较大。另外，数值结果中套管波相对幅度随水泥密度的变化规律与实验测量结果基本一致。

通过数值模拟结合实验测量,研究了第一、第二界面胶结良好情况下套管井内的声场,考察了水泥密度、套管直径及其壁厚对套管波幅度的影响,并将部分数值模拟结果与实验结果进行了对比。结果表明,套管波幅度随固井水泥密度增大而减小,低密度水泥和常规密度水泥固井时所得到的套管波幅度相差较大;因此,进行固井质量评价时对不同密度的水泥应采用不同的评价标准。当套管直径不变而壁厚增大时,套管波到时不变而幅度增大;当套管壁厚不变而直径增大时,套管波到时延后而其绝对幅度减小。对油田中常用的三种套管,在大型号套管中所得到的套管波的相对幅度也较大。另外,数值结果中套管波相对幅度随水泥密度的变化规律与实验测量结果基本一致。

由于水泥土抗冻性能较差,在多年冻土和季节性冻土地区,水泥土的应用和推广受到了一定的限制,如何提高反复冻融条件下水泥土的强度和耐久性,保证工程的使用寿命,是水泥土材料在寒冷地区进一步推广应用的关键。通过在水泥土中加入闭孔珍珠岩,得出水泥土在不同闭孔珍珠岩掺量下冻融循环后的强度值,分析了冻融循环次数对闭孔珍珠岩水泥土性能的影响及冻融循环前后闭孔珍珠岩水泥土强度变化,对掺入闭孔珍珠岩的水泥土做了初步的机理分析。

研究了以管沟污泥等量替代天然细集料制备水泥混凝土。研究结果表明:在混凝土中掺加一定量的管沟污泥可配制出强度等级在40mpa以上的混凝土,其28天强度高于同配合比的基准混凝土。此外随污泥掺量增加,混凝土坍落度降低,凝结时间延长。

磨细锶渣水泥胶砂力学性能影响因素

研究了密封条件下,三种不同水泥所配制的钢管混凝土的成型品质、混凝土力学性能、限制膨胀率以及轴心短柱抗载承载能力。结果表明:快硬硫铝酸盐水泥混凝土的限制膨胀率、钢管混凝土短柱的轴压极限荷载均最大,低热微膨胀水泥钢管混凝土次之,普通硅酸盐水泥钢管混凝土最小。

水泥稳定碎石（csm）是目前道路工程中应用最为广泛的半刚性基层材料,鉴于原材料的品质对csm路用性能影响较大,针对含泥量这一碎石集料主要指标,采用室内物理试验配制不同含泥量的csm试件,模拟工程中集料中泥土存在状态,通过测试材料的无侧限抗压强度、弹性模量等力学性能指标,分析含泥量影响csm各力学性能的基本规律及作用机理。研究结果表明：随着含泥量逐渐增加,csm材料无侧限抗压强度、弹性模量均呈现先上升再下降的趋势,峰值对应含泥量为0.74%;适当的含泥量可以作为细集料起到填充粗集料空隙作用,提高了csm密实性,从而提高其无侧限抗压强度、弹性模量;但含泥量过多势必减小了粗集料的含量,从而引起集料级配由骨架密实型向悬浮密实型状态转变,并且粗集料表面覆盖过多的泥层影响水泥水化胶结物与碎石的胶结效果,使得csm材料的抗压能力减弱。研究成果为公路工程csm施工质量控制提供参考。

采用sem,xrd和电阻率测定仪研究了纤维水镁石对硅酸盐水泥硬化浆体的力学增强机理。结果表明,由于添加具有高拉伸强度和高杨氏模量的纤维水镁石,在水泥硬化浆体原有网络结构的基础上又建立了一个新的网络结构,改进了基体材料的界面结构,同时,纤维水镁石和水泥基体材料同属极性物质,在水化开始后水镁石纤维表面被水化产物c-s-h凝胶所覆盖,表明其具有良好的物理相溶性,这种双重作用提高了水泥硬化浆体的物理力学性能。

为改善软弱地基力学性能,采用水泥掺量为16%,浮石粉掺量为8%,含水量分别为10%、15%、20%、25%的4组浮石粉水泥土试件进行三轴剪切试验,分析了不同含水量下浮石粉水泥土的力学性能。结果表明:随着含水量的增加,浮石粉水泥土的无侧限抗压强度呈抛物线形变化,试件含水量为15%时强度达到峰值,说明泥土中掺入8%的浮石粉加固含水量为15%左右的软弱地基效果最佳。

针对国内高压地下cng储气井结构比较简单、存在井筒上冒和下沉的现象,对高压地下储气井井筒进行了受力分析,采用理论分析、实例计算和计算机仿真等方法开展研究,综合运用ansys软件、弹性力学、固体力学和土壤力学等方面的理论,建立了套管-水泥环-地层耦合模型。分析了不同壁厚套管在非均匀地应力下对井筒径向应力和环向应力的影响,指出壁厚较厚的套管可承载较大的径向载荷,有利于套管-水泥环-地层耦合的稳定,但套管壁厚的变化对环向载荷的影响并不十分明显,所以选择套管壁厚时既要确保储气井的安全,又要经济合理。

油气井固井水泥环的作用就是减小和改善套管的受力状况,延长套管的使用寿命。套管水泥环组合体在一定的外挤压力作用下,均有可能进入屈服状态或发生强度破坏,而水泥环弹性模量、泊松比及其几何参数均表现为组合体刚度对抗挤性能的影响,所以在套管抗挤性能分析中,应该同时考虑组合体刚度以及套管、水泥环的强度对组合体抗挤性能的影响。文章根据厚壁筒弹塑性力学理论,建立了组合体刚度以及套管、水泥环强度对抗挤性能影响的控制方程,揭示了套管、水泥环强度及组合体刚度对抗挤性能的影响规律,得到套管水泥环组合体抗挤性能控制图。在均匀外挤压力作用下,套管、水泥环的强度将确定组合体抗挤性能的刚度控制区,在组合体刚度控制区内,水泥环对套管抗挤强度的提高程度取决于组合体刚度控制线斜率,在套管钢级和壁厚一定条件下,提高水泥环材料弹性模量,增大组合体刚度控制线斜率,可以提高套管水泥环组合体的抗挤性能。

本文介绍了一种混凝土引气剂的制备技术,并同时对掺加该引气剂后的混凝土力学性能进行了测试,测验结果表明,掺加该引气剂后,混凝土密度下降,能改善混凝土的工作性能,但对混凝土抗压强度影响不明显。

以镁渣为研究对象,利用物理激活方法对其活性进行激发,通过设置不同的粉磨时间得到比表面积不同的镁渣,将其以等量取代水泥的方式掺入不同强度等级混凝土中。通过检测混凝土抗压强度力学性能,探究在混凝土强度等级不同时,镁渣比表面积及掺量的改变对混凝土力学性能的影响,并对其作为混凝土掺合料的可行性进行论证。

将33块规格为150mm×150mm×150mm块试块分成11组,每组3块,分别做好编号标记。对这11组试块分别进行0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10次冻融循环,同组的试块同时进行冻融。试验表明随着冻融循环的进行,橡胶混凝土表面会出现裂缝,并有细小颗粒脱落。冻融循环次数增加,则其表面的裂缝会变多且越来越粗。橡胶混凝土的质量损失随着冻融循环次数的增加而增大,随着冻融循环次数的增加,质量损失的幅度呈增大趋势。

钢渣细度对水泥混凝土物理力学性能影响

为改善石墨烯纳米材料疏水性,采用硝酸氧化和超声波法制备石墨烯分散悬浮液,考察石墨烯质量分数对水泥净浆力学性能及其微观结构的影响,探讨石墨烯的增强增韧作用机制,结果表明,水泥基复合材料的抗压、抗折强度随着石墨烯质量分数的增加呈先增大后减小的趋势,且最佳质量分数为水泥质量的0.02%.通过sem和ft-ir对硬化水泥石的结构进行表征,发现石墨烯能够促进水泥水化产物的生长,改变水化晶体的形状、尺寸,使其有形成完整、簇状的趋势,但并未与水泥发生化学反应,改变其生成物类型.

采用点阵压入技术在不同压入荷载和保载时间下测试硬化水泥净浆的弹性模量、压痕硬度和微观徐变,用扫描电子显微镜分析压痕影响区域的微观结构组成,并分析微观结构组成对微观徐变及力学性质的影响。结果表明:对于0.5n和1.5n的压入荷载,压痕影响区域包含孔隙相、水化产物相和未水化水泥颗粒相,可反映硬化水泥净浆混合相的微观结构组成和微观徐变及力学性能;保载时间和最大荷载会影响硬化水泥净浆力学性能的测试,保载时间越长,则弹性模量和压痕硬度越小,其原因与硬化水泥净浆的徐变性质有关,但是减小幅度不大;当最大荷载由0.5n增大至1.5n,力学性能略微增大;采用1.5n、180s包含5×5压入点阵的试验制度可得到成熟硬化水泥净浆的微观徐变性质;接触徐变函数具有对数型函数的特征,保载时间越长,接触徐变函数越大,这与接触压痕半径随保载时间增长而增大有关,但最大荷载对接触徐变函数几乎无影响。对于0.3水灰比的硬化水泥净浆,徐变模量和特征时间分别为158~201gpa和0.43~0.59s。

基于开辟建筑垃圾再生利用的新方法、新途径,本文研究建筑垃圾磨细粉作水泥、混凝土矿物掺合料的可能性。主要研究建筑垃圾磨细粉对水泥的物理力学性能的影响。为了提高建筑垃圾磨细粉在水泥中的掺量,同时研究了碱性激发剂对其的激发作用。结果表明,碱性激发刺对建筑垃圾磨细粉的激发效果早期非常明显。

在普通硅酸盐水泥中掺入水稻秸秆,加入早强剂氯化钙、硫酸铝制备空心砌块,并进行空心砌块的力学性能试验。研究表明:在一定程度上,秸秆的掺入降低了小型空心砌块的抗压、抗折强度,也减小了块体气干密度,降低了砌块质量。掺加氯化钙、硫酸铝的外加剂,缓解了秸秆浸出物对水泥凝结的阻碍作用,同时与水泥水化产物反应生成微小难溶物质能使复合材料密实,很大程度上提高了小型空心砌块的早期抗压、抗折强度。