【正文】 南京：東南大學(xué)出版社， 1998： 88～ 96. 2020年，為了 提高固井水泥石的韌性及抗沖擊的能力 ，防止水泥環(huán)由于鉆塞、射孔、注采等作業(yè)的破壞出現(xiàn) 二次竄流。 隨著鉆井地質(zhì)條件的日趨復(fù)雜 ,鉆井新技術(shù)不斷發(fā)展 ,對固井技術(shù)的要求日益提高 ,同時固井質(zhì)量問題也越來越突出 [2]。 [5] 胡曉渣 . 陳志豫 碳 尼龍纖維混雜改性水泥基復(fù)合材料的研究混凝土與水泥制品 [J]． 1995． (6)： 8～ 12 20世紀(jì) 60年代以來 纖維增強水泥及復(fù)合材料 也在油氣井固井工作中取得了廣泛的應(yīng)用，對改善工作質(zhì)量和提高長久耐久性發(fā)揮了很好的作用， 在水泥漿體系中加入纖維材料，其主要目的在于提高水泥石的強度和韌性。 [1] 材料科學(xué)與工程無機非金屬教研室編著．油氣井水泥 [S]．四川：西南石油大學(xué)． 2020 1986年中國建材院采用抗堿玻纖增強低堿度硫鋁酸鹽水泥．在耐久性方面取得了良好效果 [4]。結(jié)論：塔深 1井奧陶系漏失段的堵漏施工證明 ,低密度膨脹型堵漏技術(shù)是一種有效解決裂縫、溶洞型漏失的手段 ,而且該技術(shù)工藝 簡單 ,施工安全 ,封堵成功率高 ,綜合成本低。采用低密度膨脹型堵漏漿在塔深 1井 6237～ 6650 m 井段進行了堵漏 ,并分為兩段進行。評價了纖維加量和長度以及與不同粒徑河砂復(fù)配對高密度水泥漿封堵性能的影響，研制出了抗溫抗鹽高密度纖維堵漏水泥漿和纖維加顆粒河砂復(fù)合材料堵漏水泥漿。 (3)彈性堵漏材料在砂巖地層中使用不但具有防漏堵漏功能 ,還可以阻止油水外浸。進行水泥漿設(shè)計時 , ①在兼顧水泥漿密度與流動性和水泥石強度的同時 , 選用性能優(yōu)異低密度水泥漿穩(wěn)定劑 , 以解決減輕材料在水泥漿中的上浮問題 ； ②為防止 固井時 發(fā)生漏失 , 在降低水泥漿密度的同時 , 加人堵漏材料 ； ③根據(jù)該井的 裂縫孔隙型 漏失情況及地層特性 , 選擇粒徑略大于地層孔隙的彈性粒子作為堵漏材料 , 借助注水泥的壓力作用 , 將具有彈性的堵漏材料壓縮 , 擠入漏失地層 , 形成屏蔽層 , 阻止地層繼續(xù)漏失同時彈性材料存在于井筒中 , 在水泥漿失重的情況下 , 彈性粒子體積有所恢復(fù) , 使水泥 漿體發(fā)生適度膨脹 , 阻止油水外侵。 （ 2）國內(nèi)關(guān)于防漏堵漏的研究分析 ： 玻璃纖維長度對聚合物水泥漿性能的影響 [6], 實驗的 結(jié)果表明 , 對水泥漿漏失改善效果最好的纖維長度在 5mm 左右 , 而改善水泥石抗壓強度的最佳纖維長度范圍在 5～ 9mm 之間 ； 在 5mm 的纖維長度時水泥石出現(xiàn)最大的抗折強度值 。 ChevronTexaco 機構(gòu)利用水泥漿和其他各種常規(guī)防漏材料來嘗試控制井漏 ,收到了不同程度的效果。這種堵漏劑的主要特點是：塑性粘度低、動切力高、剪切稀釋性強，在泵入漏失層時阻力小、流阻低，而進入漏失層深處靜止后可形成較強的膠凝物體，從而能夠較好地制止漏失。在完井時，為了能夠采用酸化措施清除堵漏劑和恢復(fù)原通道，在水泥中混合50 ％ 粒度適合的碳酸鈣，形成了纖維質(zhì) 水泥 碳酸鈣混合堵漏劑。這些堵漏材料的應(yīng)用，有效地解決了滲透性及微裂縫地層的漏失問題。尤其是前蘇聯(lián)，因油氣鉆井和地質(zhì)勘探鉆井過程中的井漏問題十分嚴(yán)重，開發(fā)了以脲醛樹脂、酚醛樹脂等為基礎(chǔ)的堵漏劑系列，丙烯類聚合物堵漏劑系列，以膠乳為基礎(chǔ)的堵漏劑漿液和聚氧乙烯水溶液、聚乙烯醇水溶液、低聚有機硅氧烷等與纖維填料組成的各具特殊性能的堵漏劑。 （ 2）新型堵劑的開發(fā)研究階段 80 年代是我國鉆井防漏堵漏工藝技術(shù)的發(fā)展時期，橋接堵漏材料的研究應(yīng)用拉開了這個發(fā)展階段的序幕，各種化學(xué)堵劑、高失水堵劑、混合堵漏稠漿等新型堵劑應(yīng)運而生，為對付各種類型的井漏，提高處理井漏的成功率提供了有效手段。總的說來，我國鉆井用堵漏材料的發(fā)展經(jīng)歷了 3 個階段。近幾年來堵漏技術(shù)有了較大的發(fā)展，國內(nèi)外各油 田各地區(qū)均總結(jié)出了適合本地區(qū)特點的堵漏工藝技術(shù)，堵漏材料的品種不斷增多，堵漏成功率也在不斷提高。 本 論文 通過對油井水泥石力學(xué)性能的評 價， 弄清纖維 及顆粒 材料對油井水泥石性能影響規(guī)律 。彈性顆粒材料如橡膠粉加入水泥漿中可以提高水泥石的抗沖擊能力，有良好的束縛自由水的能力。對目前很多種天然纖維和人造 纖維，聚丙烯纖維是一種高強聚丙烯束狀單絲纖維，陶瓷烯纖維具有高韌性，復(fù)配使用作為固井水泥漿堵漏增韌材料，因此 研究 纖維 及彈性顆粒 材料 水泥漿的各種性能 很有必要。固井后的套管試壓、完井過程中對油層的酸壓、壓裂（封隔器失效時）改造都會使井口壓力發(fā)生很大變化，改變水泥環(huán)應(yīng)力應(yīng)變，可能界面膠結(jié)破壞，出現(xiàn)微環(huán)隙。隨著鉆井新技術(shù)的發(fā)展 ,尤其是鉆向深層復(fù)雜構(gòu)造油氣層的小井 眼井 、 水平井 、 分支井技術(shù)的發(fā)展 ,對固井技術(shù)和質(zhì)量的要求日益提高。第 1 章 緒論 研究背景 鉆井作業(yè)達到一定的井深以后，在井眼中下入套管，把水泥漿注入套管與井壁的環(huán)形空間某預(yù)定位置，并使其在預(yù)定時間內(nèi)迅速凝結(jié)、硬化、形成優(yōu)質(zhì)、完成、具有良好地層封隔能力的水泥環(huán)的過程稱為固井。固井工程中的常規(guī)水泥漿體系容易造成水泥石界面膠結(jié)強度不足 ,水泥石的抗拉強度、 韌性 、 抗裂能力低等缺點，特別是對于孔隙型低壓地層 、 滲漏型地層和誘導(dǎo)裂縫性地層 ,固井時水泥漿低返一直是影響固井質(zhì)量的一大技術(shù)難題采用低密度水泥漿固井具有一定的防漏作用 ,但其具有高體積收縮 、 高脆性 、 抗壓強度低 、 水泥漿體系穩(wěn)定性差等缺陷 ,不能完全有效地防漏和改善固井質(zhì)量 。井口壓力增加時 ，水泥環(huán)等效應(yīng)力增加，水泥環(huán)內(nèi)邊界處等效應(yīng)力增加加快，過高的井口壓力（如超過 30MPa）可能使水泥石破壞；而套壓為 70MPa或 100MPa左右的壓裂作業(yè)（封隔器失效）則已經(jīng)造成水泥環(huán)內(nèi)邊界的破壞，從而使水泥環(huán)第一界面封隔失效也可能破壞固井第二界面膠結(jié)質(zhì)量，而水泥環(huán)徑向屈服距離也直線上升，水泥環(huán)在套管與井壁巖石兩種剛體之間發(fā)生塑性流變，可能破壞整個 水泥環(huán)的力學(xué)完整性 ，影響環(huán)空封固質(zhì)量。 油氣井固井質(zhì)量集中體現(xiàn)在水泥環(huán)的完整性及長期層間密封性上，常規(guī)水泥環(huán)自身抗拉強度、韌性、抗裂能力低 ,抗沖擊能力差，在油氣井開采中后期水泥環(huán)完整性受到破壞，層間互竄現(xiàn)象嚴(yán)重 ,無法保障油氣井安全生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟損失，保證油井 水泥環(huán)的完整性 就顯得很重要。但是對于水泥石的抗壓強度和抗折強度有一定的負面影響。 通過研究多元材料在水泥中的運用，解決固井工程中水泥漿的漏失、低壓長封固固井和改善水泥石的力學(xué)性能，提高固井質(zhì)量和延長了油氣井開采的壽命。盡管如此， 由于井漏的原因復(fù)雜、制約因素較多，而且堵漏技術(shù)的針對性較強，井漏的問題至今 仍然沒有得到很好地解決，井漏造成的損失仍然居高不下。 （ 1）原 始堵漏階段 70 年代及以前的整個時期均屬于這一階段。 （ 3）推出新產(chǎn) 品階段 上世紀(jì) 90 年代以來，人們更加注重井漏的預(yù)防，防漏堵漏劑大范圍應(yīng)用于現(xiàn)場，減小了井漏發(fā)生率；注重了堵漏材料的系列化、規(guī)格化和商品化，單一的橋接堵漏材料轉(zhuǎn)化成了復(fù)合堵漏劑，提高了堵漏效率；注重了油氣層的保護，開發(fā)出了酸溶性高失水暫堵劑、單向壓力封閉劑、酸溶性固化材料等一系列具有產(chǎn)層保護作用的堵漏劑，把鉆井防漏堵漏工藝技術(shù)推上了一個新的水平。 美國的有關(guān)鉆井液實驗室對常規(guī)堵漏劑的合理應(yīng)用進行大量研究后，提出所用硬顆粒材料的尺寸為地層裂縫尺寸大約 1/3 時有利于封堵縫隙，但在堵漏劑中的含量要小于 5%，小于這一尺寸的其它 95%顆粒的粒度分布應(yīng)寬廣；在混合堵漏劑中顆粒材料與片狀、纖維狀的堵漏劑混合比例一般采用 2:1 為宜，而且混合堵漏劑在鉆井液中有一極限濃度，并非濃度越高越好；圓柱狀硬顆粒堵漏劑不易形成橋堵。但對于天然裂縫、孔洞或洞穴地層的嚴(yán)重漏失的處理比較困難，用于處理嚴(yán)重漏失的堵漏材料不多，常用的主要有液體硅酸鈉、 珍珠巖水泥、柴油膨潤土水泥、快凝水泥等，因此應(yīng)根據(jù)漏失地層的具體情況確定堵漏材料的單獨或配合使用。水泥的凝固時間則可通過加入緩凝劑或速凝劑加以調(diào)節(jié)。 MMS和 DOB2C 堵漏劑在現(xiàn)場應(yīng)用取得較好的效果 。斯倫貝謝公司 (Schlumberger)與 CPI 鉆井隊密切合作 ,建立了一套控制井漏的解決辦法 ,即在泥漿不返出地面的情況下鉆進到總深度后進行固套管作業(yè) [4]。 纖維在水泥漿中的存在對水泥漿稠化性能有略微延長的趨勢 , 而對水泥漿的流變性影響不大。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況 , 在室內(nèi)用模擬堵漏實驗裝置 , 選用不同孔徑和裂縫寬度的模塊進行實驗 , 根據(jù)堵漏效果 , 確定在水泥漿中加人粒徑在 ～ 。 (4)在水泥漿用量小的情況 下 ,低密度防漏堵漏水泥漿性能穩(wěn)定 ,易于配漿是關(guān)鍵。闡述了纖維堵漏水泥漿的堵漏機理。第一段為潛在漏失段 (6650～ 6350 m),采用低稠化度堵漏漿。 表 11是 根據(jù)國內(nèi)外資料總結(jié)出來的一些關(guān)于堵漏的 措施 ： 表 11 國內(nèi)外主要水泥漿堵漏措施 漏失類型 尺寸 堵漏材料 配方 孔隙 ZRF ZRF 1mm 高密度水泥漿 原漿 + 0. 3%纖維 (9 mm) 2mm 纖維材料 原漿 + 1%纖維 (9 mm) ； 原漿 + 0. 8%纖維 (12 mm) ； 原漿 + 0. 6%纖維 (15 mm) 4mm 高密度纖維堵漏水泥漿 無 4mm 纖維水泥 +河沙顆粒 原漿 +2%纖維 (15 mm)水泥漿 裂縫 1mm 纖維材料 原漿 + 0. 8%纖維 (9 mm) 2mm 高密度纖維堵漏水泥漿 原漿 + 2%纖維 ( 9 mm) 溶洞 溶洞國內(nèi)外無堵漏有效配方 在水泥漿中加入纖維等材料，使水泥漿具有一定的韌性是提高水泥石力學(xué)性能的最好方法。 [4] 馬一平 提高抗堿玻纖增強礦渣硅酸鹽水泥的耐久性研究 [D] 北京：中國建筑材料科學(xué)研究院， 1986。 而纖維在水泥漿中的分散程度不同，形成的水泥石的強度不同，纖維分散越均勻，其水泥石的強度就越大，水 泥石的壽命就越長，水泥石所獲得的性能也越好。 [2] 沈榮熹，崔琪，李清海．新型纖維增強水泥基復(fù)合材料 [M].北京：中國建材工業(yè)出版社， 說，主要是凝固后的水泥環(huán)完整性，水泥 石是一種脆性材料，其力學(xué)形變低，易在井下工況變化時產(chǎn)生裂紋，引起水泥環(huán)長期密封性差，導(dǎo)致環(huán)空竄流。維持水泥環(huán)密封性能，延長油氣井生產(chǎn)壽命，大港鉆采院當(dāng)年開始進行纖維水泥漿體系研究及應(yīng)用，成功開發(fā)了一套固井纖維水泥漿體系。纖維水泥漿屬于特種水泥漿體系，具有增韌、防漏兩大特點。③兩種纖維在受力初期與水泥基體共同抵抗外界荷載，當(dāng)外力超過一定值后，各纖維對水泥基體復(fù)合材料的作用不同，決定了混雜纖維水泥基復(fù)合材料的獨特力學(xué)行為④碳一尼龍混雜纖維水泥基復(fù)合材料抗拉強度，抗彎強度、斷裂能、變形能力高于單纖維的效果。 [7]田穎 等 芳綸纖維改性水泥砂漿的性能研究 [J] 濟南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué) 山東濟南 2020 在國外， 20 世紀(jì) 50 年代后期至 60 年代初，前蘇聯(lián)皮留科維奇探索用無堿玻璃纖維增強石膏礬土水泥砂漿 ，但因為玻璃纖維受到水泥水化物的侵蝕最終失去增強效果而未能獲得成功。建材院采用抗堿玻纖增強低堿度硫鋁酸鹽水泥．在耐久性方面取得了良好效果 [9]。研究結(jié)果還表明混合這種類型的水泥漿體系不受鉆管的限制甚至可用于連續(xù)油管 [10]。廢舊橡膠是固體廢棄物的一種，其主 要來源為廢舊橡膠制品。 [12] Adhikari B,De D,Maiti and recycling of waste rubber[J].Progress in Polymer Science， 2020(25):909– 948 [13] Pieter J H van Beukering,Marco A and recycling of used tyres in Western and Eastern Europe[J].Resources Conservation and Recycling,2020(33):235– 265 [14] Fang Yi， Zhan Maosheng,Wang status of recycling of waste rubber[J].Materials and Design,2020(22):123127 如何有效地利用它們是關(guān)系到節(jié)約資源、防止公害的一個重要問題。 [16] 劉玉強 ,殷曉玲 . 膠粉表面改性 [J]. 橡膠工業(yè) ,2020,6(5):5660 近些年來，隨著加工工藝的提高，細的、超細的橡膠粉已經(jīng)出現(xiàn)。[18] 梁乃興 .丁苯橡膠對水泥水化過程及水泥石微觀結(jié)構(gòu)的影響 [J].硅酸鹽學(xué)報， 1994, 22 (4):，但研究所用橡膠粉顆粒粒徑不同，大多是用 2－ 16mm 橡膠顆粒代替集料使用，并針對高強混凝土具有高脆性的特點，用橡膠代替粗、細集料使用增加其韌性。[20] Huynh H,Raghavan of Simulated Shredded Rubber Tire in Highly Alkaline Environments[J].Advanced Cement Based Materials ，1997(6):，利用膠粉的顆粒填充，改善油井水泥環(huán)力學(xué)性能，以期提高 油井水泥抗沖擊性能 [21]。 [23] 李早元 .彈性顆粒材料改善水泥石力學(xué)形變能力及評價方法研究 [D].西南石油學(xué)院， 2020. 將橡膠粉應(yīng)用于油井水泥漿體系中存在其先天不足之處，橡膠粉是惰性材