【正文】 雜壓力系統(tǒng)儲(chǔ)層的低溫低壓易漏井固井的要求。 高密度纖維堵漏水泥漿的實(shí)驗(yàn)研究 [8] 。研究結(jié)果表明高密度纖維堵漏水泥槳和纖維加顆粒河砂復(fù)合材料堵漏水泥漿對(duì)的裂縫性漏失和以下的孔隙性漏失有很好的封堵能力形 成的濾餅較薄。第二段為確定的嚴(yán)重漏失段 (6350～ 6235 m),采取中稠化度堵漏漿 ,其配方為 :5 m3井漿+25 m3井場(chǎng)水 +(%～ 2%)密度調(diào)節(jié)劑 SD2D+(2%～ 3%)低密度油層保護(hù)劑SD2A+(1%～ 2%)流型調(diào)節(jié)劑 SD2R+(1%～ 2%)低密度提粘劑 SD2V+(1%～ 2%)高效提粘劑 SD2HV+(1%～ 2%)填充加固劑 M F21+(5%～ 6%)填充加固劑 M F22+(60%～ 80%)懸浮穩(wěn)定劑 SF21+(1%～ 2%)棉子皮 +(2%～ 3%)鋸末 +(3%～ 4%)云母。纖維改性水泥漿在建筑行業(yè)有 40多年的歷史，隨著有機(jī)纖維和無(wú)機(jī)纖維加工技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了不同成分，不同直徑和長(zhǎng)度的纖維水泥石。 1995年陶瓷纖維作為一種高彈模無(wú)機(jī)纖維改進(jìn)．主要用作高溫窯爐的耐高溫絕熱材料。 近年來(lái) 關(guān)于纖維水泥漿體系的研究 主要 集中在纖維的選材、纖維的長(zhǎng)短兩個(gè)方面，忽略了纖維材料與水泥基質(zhì)的膠結(jié)問(wèn)題 。對(duì)此，針對(duì)性地研究了纖維水泥漿體系 ,分析了 纖維改善固井質(zhì)量的機(jī)理 。由于采用了獨(dú)特的纖維表面處理，使長(zhǎng)達(dá) 36毫米的化學(xué)纖維具有了較強(qiáng)的親水性能，克服了石棉、玻纖等普通纖維不易分散、污染大的缺點(diǎn)。目前，該體系在大港 油田內(nèi)外已成功應(yīng)用了 10口井，油層套管固井質(zhì)量良好，低壓易漏油氣藏的固井成功率達(dá)到 100％。 2020年南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院針對(duì)因射孔和增產(chǎn)措施使油井水泥環(huán)產(chǎn)生脆性破壞，從而帶來(lái)層間流體竄流和套管損失率上升的問(wèn)題，研制出了一種新型復(fù)合纖維增韌劑 SD。 1963 年，美國(guó) Romualdi 首次發(fā)表了 “ 纖維阻礙機(jī)理 ” ，促進(jìn)鋼纖維增強(qiáng)混凝土的開發(fā)。 [9] 馬一平 提高抗堿玻纖增強(qiáng)礦渣硅酸鹽水泥的耐久性研究 [D] 北京：中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院， 1986 2020年， SPE學(xué)術(shù)論壇研究得到， AFCS水泥漿體系利用特定尺寸硅基纖維，結(jié)合 HPLW泥漿有效控制和防止高漏失、天然或人為裂縫、溶蝕孔隙地層的漏失。 [10] Hassan I. ElHassan Using a Novel Fiber Cement System to Control Lost Circulation: Case Histories from the Middle East and the Far East[J]. SPE 2020 總的來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外對(duì)纖維材料在油井水泥中應(yīng)用做了大量的研究工作，取得了很大的成果，但是，這種 材料在油井水泥應(yīng)用中也存在一定的缺點(diǎn) ，主要表現(xiàn)在混拌及泵送問(wèn)題，若要充分發(fā)揮纖維材料在油井水泥中的拉筋及搭橋作用就必須保證纖維材料適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)徑比，纖維材料長(zhǎng)度過(guò)小難以達(dá)到增韌的目的，過(guò)長(zhǎng)又難以滿足混合均勻，泵送也較為困難，工程應(yīng)用受到嚴(yán)重阻礙。目前，全世界廢舊橡膠的年產(chǎn)量約 2020 萬(wàn)噸，我國(guó)廢舊橡膠的年產(chǎn)量估計(jì)已達(dá) 150 萬(wàn)噸。近年來(lái)廢舊橡膠制品除生產(chǎn)再生膠外，已逐漸向?qū)⑵涓南蛏a(chǎn)膠粉發(fā)展 [15]。將廢胎制成的橡膠粉以一定摻量加入混凝土中，能夠填充空隙，改善水泥與骨料的界面狀況，能夠約束混凝土內(nèi)微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，并形 成吸收應(yīng)變能的結(jié)構(gòu)變形中心，吸收震動(dòng)能，從而明顯改善混凝土的抗沖擊性，提高混凝土的抗震性能 [17]。橡膠形狀也分為纖維狀和碎屑等，且國(guó)內(nèi)外研究 用成型試件形狀、大小及養(yǎng)護(hù)條件、測(cè)試橡膠形狀也分為纖維狀和碎屑等，且國(guó)內(nèi)外研究用成型試件形狀、大小及養(yǎng)護(hù)條件、測(cè)試混凝土軌枕存在著抗沖擊、抗震性能差等缺陷，這種缺陷在列車高速行駛中表現(xiàn)為更為突出，造成軌枕的使用壽命大大縮短，國(guó)內(nèi)宋少民等人把廢舊輪胎制成的橡膠粉以一定摻量添加到混凝土中，填充孔隙，改善水泥與骨料的界面狀況，改善了混凝土的抗震性能，提高了混泥土的抗沖擊性能 [19]。 [21] 路俊剛．國(guó)產(chǎn) SBR用于固井工程的可行性研究 [D]．四川：西南石油大學(xué) ,2020 關(guān)于這方面的研究很少，在國(guó)內(nèi)外還鮮有報(bào)道。但因?yàn)槊芏鹊?，水泥漿體系沉降穩(wěn)定性不好保證，且嚴(yán)重 影響水泥石抗壓強(qiáng)度的發(fā)展。 研究主要內(nèi)容 為了更加深入地了解油井水泥漿防漏堵漏機(jī)理，更好地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)防 漏堵漏的施工，更加有效地封隔漏失地層。 （ 3） 纖維及彈性材料 對(duì)水泥石力學(xué)性能評(píng)價(jià) 通過(guò)水泥石抗壓強(qiáng)度，抗折強(qiáng)度等性能指標(biāo)變化差異，研究各種增韌材料、外摻料和外加劑對(duì)水泥石力學(xué)性能的影響規(guī)律 （ 4） 纖維及彈性材料對(duì) 水泥漿增韌機(jī)理分析 根據(jù)加入幾種材料前、后水泥石破壞斷面變化以及水泥石斷裂界面形貌，分析纖維類、彈性顆粒對(duì)水泥石宏 觀力學(xué)性能改變的作用機(jī)制。 井下水泥環(huán)的形成是通過(guò)固井注水泥來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于水泥是一種特殊的水硬性膠凝材料，井下水泥環(huán)形成前水泥漿的液態(tài)性能、膠結(jié)硬化過(guò)程中的液塑態(tài)性能以及硬化后的力學(xué)性能均直接影響油井水泥環(huán)的層間密封性能。首先要分析對(duì)水泥材料、增韌材料和處理劑等因素對(duì)水泥石增韌性能的影響，分析材料特性改善水泥石的力學(xué)韌性。 油井水泥材料 水泥的 化學(xué) 組成、 水化 性能、 加量 直接影響到 水泥材料凝固后 水泥石的 宏觀和微觀力學(xué)和結(jié)構(gòu) 性能。 增韌材料 橡膠粉及橡膠顆粒 一般用廢舊輪胎加工而成。將橡膠粉以一定摻量加入混凝土中，能夠填充空隙，改善水泥與骨料的界面狀況，能夠約束混凝土內(nèi)微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，并形成吸收應(yīng)變能的結(jié)構(gòu)變形中心，吸收震動(dòng)能，從而明顯改善混凝土的抗沖擊性，提高混凝土的抗震性能 。 碳纖維 碳纖維是一種含碳量 90%以上的纖維狀無(wú)機(jī)碳化合物，具有抗拉強(qiáng)度高、彈性模量高、耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞、導(dǎo)電性能好與熱膨脹系數(shù)小等。 圖 22 碳纖維 本實(shí)驗(yàn)采用的是平均長(zhǎng)度為 1200181。鋼纖維的長(zhǎng)度為單根鋼纖維兩端間的直線距離，其長(zhǎng)度不可以太短，否則影響增強(qiáng)效果；也不可以過(guò)長(zhǎng) ，否則在攪拌過(guò)程中容易結(jié)團(tuán)，難以在水泥漿中均勻分布。 聚丙烯纖維 工程用聚丙烯纖維，是以聚丙烯為原材料，通過(guò)特殊工藝制造而成的 ， 是一種高強(qiáng)聚丙烯束狀單絲纖維，經(jīng)特殊的表面處理技術(shù) 。 處理劑 在現(xiàn)場(chǎng)固井施工過(guò)程中，水泥漿需要具備良好的流變性能、濾失水可控，稠化時(shí)間可調(diào)等 性能，因此，需要加入一定的處理劑調(diào)節(jié)水泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)。具有一定的抗鹽性能，水溶性好，可直接水混，與調(diào)凝劑配伍性好，適用于各級(jí)油井水泥，可調(diào)整游離液為零的穩(wěn)定水泥漿體系，為水平井固井提供了有利條件，適用循環(huán)溫度為 40℃ ～ 110℃ 的油氣井，一般加量 %～ %（ BWOC）。加量為 %～ %（ BWOC），易溶于水，適用溫度從 30℃ ～ 150℃ （ BHCT），與其它外加劑配伍良好，能夠使水泥石更加密實(shí)，抗壓強(qiáng)度提高，并具有一定的降失水作用。 200 轉(zhuǎn) /分 )轉(zhuǎn)動(dòng)，并在 15 秒內(nèi)加完水泥樣品，在所有水泥干粉加進(jìn)水里后，蓋上攪拌器的蓋子，并在高速(12020177。在我國(guó)曾經(jīng)頒布的油井水泥性能標(biāo)準(zhǔn)中，將抗折強(qiáng)度作為水泥石強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。試模深 40mm 頂內(nèi)徑 65mm、底內(nèi)徑 75mm 的截面圓錐體 ，底板和蓋板厚度為約 6mm 的玻璃板或耐腐金屬板組成。 試驗(yàn)裝置圖 （ 1） 試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)立體圖 。上筒用于盛裝混合有堵漏材料的水泥漿，高壓氮?dú)鈱⒔?jīng)過(guò)進(jìn)入此筒里面。 圖 212 實(shí)驗(yàn)裝置上筒 圖 211 試驗(yàn)裝置上蓋 圖 213 實(shí)驗(yàn)裝置下筒 圖 214 實(shí)驗(yàn)裝置下蓋 這是實(shí)驗(yàn)裝置的出水部位（圖 215）和實(shí)驗(yàn)裝置總體裝配圖（圖 216）。 （ 2）試驗(yàn)裝置剖面圖如下 （ 217）。裝置可以根據(jù)試驗(yàn)需要，對(duì)試驗(yàn)堵漏水泥漿進(jìn)行控溫加熱，可加熱到 150℃。該裝置具有加壓功能，由氮?dú)馄刻峁毫?，可以將壓力調(diào)到7MPa。在孔板或者 縫 板的下面填充一定數(shù)量的鋼珠，鋼珠距離縫 板或者孔板大約 5mm。根據(jù)漏失的情況和時(shí)間關(guān)閉氣源，泄壓后拆卸裝置，觀察記錄 縫 板的情況。下筒滴出的濾液迅速減少或者停止漏失。 聚丙烯纖維實(shí)驗(yàn) （ 1） 1mm 寬縫板堵漏實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)條件：常壓稠化儀養(yǎng)護(hù) 20 分鐘 90℃、 50℃ 、室溫。根據(jù)比較對(duì)于 1mm 寬的縫板，聚丙烯纖維的最合適加量是 ％。 （ 5）孔徑 3mm，孔數(shù) 12 板的堵漏實(shí)驗(yàn) 嘉華 G級(jí)水泥 600g+SXY2 ％ +HS2A 1％ +264g水 +聚丙烯纖維 ％（ 3mm， 白色），此配方是最佳配方。 配方二：嘉華 G級(jí)水泥 800g+SXY2 ％ +HS2A 1％ +352g 水 +陶瓷纖維 ％（ ，白色），該配方的 90℃的熱漿和冷漿都能很好的堵住縫口，所以此配方為最佳配方。 （ 4） 4mm 寬縫堵漏實(shí)驗(yàn) 配方：嘉華 G 級(jí)水泥 600g+SXY2 ％ +HS2A 1％ +264g 水 +陶瓷纖維 ％（ ，白色），此配方試驗(yàn)效果很好為最佳配方。能夠良好的用于防漏堵漏水泥漿體系中。分析原因：纖維 SD66 尺寸太短無(wú)法搭接成橋。 1）碳纖維水泥漿 在制備碳纖維水泥漿時(shí)，由于纖維不容易均勻分散，且因?yàn)槔w維的脆性較大比較容易折斷，為此應(yīng)選擇專門的攪拌機(jī)，例如無(wú)葉片的柔性攪拌機(jī)。配方： JHG+％ SXY2+1％ HS2A+44％ 水 +％碳纖維 表 8 碳纖維堵漏實(shí)驗(yàn) 漏失量 (ml) 堵漏時(shí)間(min) 堵漏效果 90℃ 45 堵住 常溫 35 堵住 圖 20 90℃堵漏效果 圖 21 常溫堵漏效果 縫板寬 2mm 配方： JHG+％ SXY2+1％ HS2A+44％水 +％碳纖維（ 90℃） JHG+％ SXY2+1％ HS2A+44％水 +％碳纖維（常溫） 表 9 碳纖維堵漏實(shí)驗(yàn) 漏失量 堵漏時(shí)間 (min) 堵漏效果 (ml) 90℃ 20 堵住 常溫 35 5 堵住 圖 22 90℃堵漏效果 圖 23 常溫堵漏效果 碳纖維堵漏實(shí)驗(yàn)中受溫度影響效果比較小， 纖維與橡膠粉互配堵漏實(shí)驗(yàn) 聚丙烯纖維、陶瓷纖維、 SD66 與橡膠粉互配的的堵漏效果如下面的表格中：（見(jiàn)表 27） 表 27 纖維與橡膠粉互配堵漏實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn) 縫 寬 配方 濾 液 ml 溫 度 ℃ 堵漏效果 1 1mm 嘉華 G級(jí)水泥 600g+SXY2 ％ +HS2A 1％ +264g 水 +SD66 1％ +橡膠粉 1％（黑色） 38 90 堵住 2 1mm 嘉華 G級(jí)水泥 600g+SXY2 ％ +HS2A 1％ +264g 水 +聚丙烯纖維 ％ +橡膠粉 1％（黑色） 41 90 堵住 3 2mm 嘉華 G級(jí)水泥 600g+SXY2 ％ +HS2A 1％ +264g 水 +陶瓷纖維 ％ +橡膠粉 1％（黑色） 39 90 堵住 4 4mm 嘉華 G級(jí)水泥 600g+SXY2 ％ +HS2A 1％ +264g 水 +聚丙烯纖維 1％ +橡膠粉 1％（黑色） 38 90 堵住 以上各種實(shí)驗(yàn)配方為其最佳的實(shí)驗(yàn)配方。主要搞清楚堵漏材料在井下地層中如何進(jìn)入漏失地帶，怎樣封堵裂縫孔隙的漏失，讓水泥漿顆粒在裂縫處停留堆積最終堵住裂縫孔隙，阻止水泥漿進(jìn)入地層損失水泥漿污染產(chǎn)層，防止水泥漿低返。結(jié)果表明 ,該水泥漿體系對(duì)孔隙性漏失和裂縫性漏失地層均有良好的堵漏效果。 下面結(jié)合實(shí)驗(yàn)情況，詳細(xì)研究分析聚丙烯纖維 3mm 和陶瓷纖維 的防漏堵漏機(jī)理。用長(zhǎng)度為 3mm的聚丙烯纖維封堵縫寬為 4mm的縫板時(shí)將加量增 加到相對(duì)大的時(shí)候也無(wú)法堵住縫寬為 4mm 的縫板（如圖 35）。用纖維 SD66的最小加量不能堵住縫口，然后依次增加了相對(duì)大的幾組加量也絲毫沒(méi)有堵住縫口。這樣看來(lái)似乎纖維的長(zhǎng)度與孔徑?jīng)]有關(guān)系，但是仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)纖維的長(zhǎng)度也與所堵孔板的孔徑是有著關(guān)系的。而且這是影響堵漏效果的一個(gè)非常重要因素。形成的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由于其間空隙減小，能夠捕捉到來(lái)的水泥漿顆粒，使水泥漿細(xì)顆粒的流速降低，在纖維網(wǎng)上停留住，逐漸就會(huì)在纖維網(wǎng)中堆積起來(lái)停止流動(dòng)，漏失通道消失，最終堵漏成功。由于孔隙呈大致的圓形，當(dāng)整根纖維橫在縫口上時(shí)會(huì)很方便地與縫邊緣附著的纖維搭接，逐漸堆積成橋狀，后來(lái)的纖維迅速的鋪在其上面，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。二是陶瓷纖維比聚丙烯纖維更耐高溫，做實(shí)驗(yàn)時(shí)熱漿與冷漿沒(méi)有聚丙烯纖維的差距大。這樣就單獨(dú)一根纖維來(lái)說(shuō)被分成了三段，一段進(jìn)入到縫里面，一段在縫中，一段被沖擊貼著在縫口的邊緣。 對(duì)于較大的縫口，只靠纖維插入縫中是很難實(shí)現(xiàn)堵漏的，因?yàn)橹苯硬迦氲睦w維很可