机械振动对弃置井水泥塞性能影响的试验研究

作     者：马西旗 王超 徐鸿飞 高明星 刘占鏖 易先中 刘航铭 Ma Xiqi;Wang Chao;Xu Hongfei;Gao Mingxing;Liu Zhanao;Yi Xianzhong;Liu Hangming

作者机构：中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司天津市滨海新区300452 长江大学机械工程学院 

出 版 物：《石油机械》 (China Petroleum Machinery)

年 卷 期：2022年第50卷第9期

页      面：28-35页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目“地面旋转导向钻井新方法及其控制机理”(51974035、U1762214、U1262108) 湖北省重点研发计划项目“智能钻井多维动力集成钻具研发及应用”(2020BAB055) 

主　　题：弃置井 机械振动封堵 封堵屏障 振动时间 水泥塞力学性能 正交试验 微观结构 

摘      要：弃置井筒的高质量封堵是油气井弃置技术体系中重要的技术环节。为此提出了一种主动机械激振提高井筒封堵质量的方法,搭建了一套室内试验测试平台,研究不同振动频率、振动时间及振动幅度等参数组合对井筒封堵水泥材料力学性能的影响。通过设计正交试验,得到了最佳振动参数组合,并在此基础上进一步研究了单一因素对水泥石性能的影响规律。研究结果表明:当振动频率为15 Hz、振动时间为6 min及振动幅度为3 mm时,为最佳激振参数组合;相对于无振动工况,井筒封堵水泥塞的胶结强度最大提高51%、抗压强度提高38%、抗拉强度提高20%;水泥石胶结强度随参数变化影响最大,在达到最佳振动参数前,水泥石强度都随之提高,继续增大参数反而会有不利影响。分析了水泥石振动前、后的渗透率,发现振动后渗透率明显减小。通过扫描电镜观察水泥石微观结构,发现机械振动能有效消除水泥石内气孔,减少裂纹,使水泥石更加致密。所得结果可为水泥塞封堵作业提供基础数据,具有工程指导意义。