王 磊, 曾義金, 張青慶, 徐 峰, 楊春和,, 郭印同, 陶 謙, 劉 杰

(1.頁(yè)巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100101; 2.中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430071; 3.中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院,北京 100101; 4.中國(guó)石油管道有限責(zé)任公司西氣東輸分公司,上海 200122; 5.重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400044)

在油氣田開發(fā)過(guò)程中,向井內(nèi)下入套管,并向井眼和套管之間的環(huán)形空間注入水泥的施工作業(yè)稱為固井。固井的目的是為了封隔地層、加固井眼、建立密封性良好的井內(nèi)流動(dòng)通道,以保證繼續(xù)安全鉆進(jìn),以及后期作業(yè)(試油、增產(chǎn)措施作業(yè)等)和生產(chǎn)的正常進(jìn)行[1]。頁(yè)巖氣藏屬于低孔低滲氣藏,一般采用水平井開發(fā),井下溫度高、壓力大、巖層復(fù)雜,還要進(jìn)行射孔、壓裂、開采等后續(xù)作業(yè),對(duì)固井質(zhì)量要求非常高[2]。重慶涪陵焦石壩區(qū)塊是南方海相頁(yè)巖氣資源獲得成功開發(fā)的區(qū)塊之一,該區(qū)塊目前生產(chǎn)套管環(huán)空帶壓井?dāng)?shù)量超過(guò)50%[3],說(shuō)明當(dāng)前頁(yè)巖氣固井水泥環(huán)的封固性能尚存在一定問題,而頁(yè)巖氣井的生產(chǎn)壽命通常在10 a以上,這給后期安全生產(chǎn)帶來(lái)一定隱患。同時(shí),《頁(yè)巖氣發(fā)展規(guī)劃(2016—2020)》中指出“目前頁(yè)巖氣重點(diǎn)建產(chǎn)的川南地區(qū)埋深超過(guò)3 500 m的資源超過(guò)一半,該部分資源能否有效開發(fā)將影響‘十三五’中國(guó)頁(yè)巖氣的開發(fā)規(guī)模。到2020年,完善成熟3 500 m以淺海相頁(yè)巖氣勘探開發(fā)技術(shù),突破3 500 m以深海相頁(yè)巖氣、陸相和海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣勘探開發(fā)技術(shù)?！彪S著埋深的增加,地層溫度將突破100 ℃,有的甚至超過(guò)140 ℃,如何保證高溫環(huán)境下頁(yè)巖氣井的封固質(zhì)量是需要克服的一個(gè)重大難題。劉洋等[4]的研究結(jié)果表明固井水泥環(huán)的損傷破壞有多種形式:試壓和壓裂可能導(dǎo)致水泥環(huán)周向拉伸破壞,形成徑向裂縫;井內(nèi)壓力大幅度降低,使套管壁處水泥環(huán)承受的徑向拉應(yīng)力超過(guò)抗拉強(qiáng)度,破壞界面膠結(jié),形成微環(huán)隙;周期性交變載荷可能引起水泥環(huán)疲勞破壞,最終導(dǎo)致水泥環(huán)密封失效而發(fā)生環(huán)空冒油冒氣。揭示地層溫壓環(huán)境下水泥石的力學(xué)特性是解決頁(yè)巖氣井封固問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在油井水泥石的力學(xué)特性方面,李早元等[5]研究了含膠乳水泥石的三軸力學(xué)形變能力,試樣在常壓80 ℃下養(yǎng)護(hù),常溫下進(jìn)行試驗(yàn);諸華軍等[6]研究了三維約束條件下MgO膨脹劑對(duì)油井水泥石早期性能的影響;柳華杰等[7]研究了氣孔對(duì)發(fā)氣膨脹固井水泥石強(qiáng)度的影響;李明等[8]研究了碳酸鈣晶須與碳纖維混雜增強(qiáng)油井水泥石的力學(xué)性能,通過(guò)開展常規(guī)的抗壓、抗拉、抗折強(qiáng)度測(cè)試,表明水泥石的強(qiáng)度和韌性有了較大幅度提高;譚春勤等[9]研制了SFP彈韌性水泥漿體系,在優(yōu)選配方的基礎(chǔ)上進(jìn)行抗折測(cè)試,表現(xiàn)出較好的抗沖擊性和較高的柔韌性。郭進(jìn)忠等[10]、宗孝生等[11]、楊廣國(guó)等[12]也進(jìn)行了類似改進(jìn)水泥漿性能的評(píng)價(jià)研究。從已有的研究中可以發(fā)現(xiàn),對(duì)油井水泥石力學(xué)性能的評(píng)價(jià)主要采用常規(guī)的試驗(yàn)方法,較少考慮養(yǎng)護(hù)和試驗(yàn)過(guò)程中的溫壓條件,而溫壓環(huán)境對(duì)水泥石的水化硬化和強(qiáng)度的發(fā)展都有重要影響[13],在不同的溫壓環(huán)境下水泥石的力學(xué)特性也可能存在較大差異。此外,以常溫常壓下測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)指導(dǎo)深部地層的固井設(shè)計(jì)可能會(huì)帶來(lái)較大的偏差。因此開展高溫壓條件下水泥石的力學(xué)特性研究對(duì)于解決包括頁(yè)巖氣井在內(nèi)的深部油氣井固井封固問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。筆者開展油井水泥石的常溫單軸壓縮試驗(yàn),常溫、80 ℃、130 ℃下的三軸壓縮試驗(yàn)和三軸循環(huán)荷載試驗(yàn),對(duì)水泥石在高溫下的力學(xué)行為進(jìn)行研究,并分析比較其力學(xué)參數(shù)、變形、破壞模式等與常溫水泥石的差異性。

1 試樣制備與試驗(yàn)方法

1.1 試樣制備

本次試驗(yàn)中使用了高溫高壓地層固井的常規(guī)配方,其中加入了一定比例的硅粉以提高水泥的耐溫性能,防止強(qiáng)度衰退。詳細(xì)配比為:葛洲壩三峽牌G級(jí)高抗硫酸鹽型油井水泥(500 g),外摻含硅量大于90%的12.7 mm硅粉(水泥質(zhì)量的35%,175 g),液體降失水劑DZJ-Y(水泥質(zhì)量的4%,20 g),水(水泥和硅粉質(zhì)量之和的42%,263.5 g)。

將拌和均勻的水泥漿在圓柱形模具(內(nèi)部尺寸Φ50 mm×120 mm)中澆筑成型,參考油井水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 10238-2015)[14],在溫度130 ℃、壓力20.7 MPa的條件下水浴養(yǎng)護(hù)3 d,隨后在(27±3)℃的環(huán)境下水浴冷卻并保存,盡快開展試驗(yàn)。高溫高壓養(yǎng)護(hù)是為了模擬水泥在地層深部水化凝結(jié)硬化的溫度和壓力環(huán)境,養(yǎng)護(hù)3 d是為了保證水泥充分水化,強(qiáng)度充分發(fā)展。張景富[15]的研究表明,加砂量30%的水泥石,在130 ℃的條件下養(yǎng)護(hù)3 d后,水泥熟料中各組分的水化程度已超過(guò)90%,強(qiáng)度增長(zhǎng)也已經(jīng)趨于穩(wěn)定。

養(yǎng)護(hù)完成后脫模,進(jìn)一步經(jīng)切割、端面磨平等工序,確保試樣兩端面不平行度誤差不大于0.05 mm;沿試樣高度,直徑誤差不大于0.3 mm;端面垂直于試件軸線,最大偏差不大于0.25°,從而得到滿足規(guī)范要求[16]的標(biāo)準(zhǔn)巖心。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)是在中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所的MTS815.03試驗(yàn)機(jī)上開展的。設(shè)計(jì)了常溫單軸壓縮試驗(yàn)、不同溫度下(常溫、80 ℃、130 ℃)的三軸壓縮試驗(yàn)以及三軸循環(huán)加卸載試驗(yàn),共計(jì)7組試驗(yàn)。試驗(yàn)方案及試樣參數(shù)見表1。80、130 ℃分別對(duì)應(yīng)地層約2 000和4 000 m深度處的溫度;三軸試驗(yàn)的圍壓統(tǒng)一設(shè)定為15 MPa(根據(jù)套管-水泥環(huán)-地層組合體彈性解析解[17],可計(jì)算得到2 000～4 000 m深度水泥環(huán)受到的環(huán)向和軸向壓應(yīng)力比較接近,為10～30 MPa,本文中主要考慮溫度的影響,因此將圍壓統(tǒng)一取15 MPa),其中三軸循環(huán)加卸載的試驗(yàn)參數(shù)根據(jù)三軸壓縮試驗(yàn)的測(cè)試值確定。

對(duì)于80和130 ℃下的三軸試驗(yàn),采用了鐵氟龍熱縮管(可在200 ℃高溫下長(zhǎng)期使用)替代常規(guī)橡膠熱縮管,待三軸室內(nèi)油溫升至設(shè)定值,維持1 h后再進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 試驗(yàn)方案及試樣參數(shù)

2 結(jié)果分析

2.1 單軸和三軸壓縮力學(xué)特性

2.1.1 常溫單軸壓縮試驗(yàn)

在常溫單軸壓縮試驗(yàn)條件下,隨著荷載逐漸增加,試樣內(nèi)部的初始孔隙和微裂縫被壓密,應(yīng)力-應(yīng)變曲線增長(zhǎng)較緩慢(階段①);荷載繼續(xù)增大,應(yīng)力應(yīng)變曲線以近似直線狀態(tài)增長(zhǎng)(階段②);隨后,曲線逐漸偏離原有的直線狀態(tài),有向下彎曲的趨勢(shì),表明試樣內(nèi)部出現(xiàn)了較大塑性損傷,曲線達(dá)到峰值后迅速跌落(階段③)。試樣最終沿加載方向呈張拉劈裂破壞,破裂面與加載方向平行。試樣在整個(gè)過(guò)程中表現(xiàn)出典型的彈-脆性特征。單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線和試樣破壞后形態(tài)見圖1。

試樣的峰值應(yīng)力達(dá)到51.9 MPa,峰值應(yīng)變?yōu)?.84%,彈性模量為7.66 GPa,泊松比為0.148,應(yīng)力-應(yīng)變曲線上偏離直線狀態(tài)的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力約為37.8 MPa,為峰值應(yīng)力的72.8%。

從總體上看,在單軸壓縮條件下,試樣表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗壓能力,彈性模量適中,具有顯著的彈脆性。

圖1 單軸壓縮試驗(yàn)Fig.1 Uniaxial compression test

2.1.2 三軸壓縮試驗(yàn)

(1)常溫三軸壓縮試驗(yàn)。對(duì)于常溫三軸壓縮試驗(yàn),由于預(yù)先施加了15 MPa的圍壓,偏應(yīng)力-應(yīng)變曲線未出現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)階段,而是直接以線性狀態(tài)增長(zhǎng);隨后逐漸彎曲,偏離直線段,試樣出現(xiàn)損傷,塑性變形不斷積累,最終達(dá)到峰值點(diǎn);峰值點(diǎn)后逐漸下降,并趨于一個(gè)穩(wěn)定值,形成一個(gè)“峰后平臺(tái)”,試樣存在殘余強(qiáng)度,仍具有承載能力。試樣在整個(gè)過(guò)程中表現(xiàn)出較強(qiáng)的彈塑性特征。試樣最終形成一個(gè)傾斜的破壞面,為典型的三軸剪切破壞模式。常溫三軸壓縮偏應(yīng)力-應(yīng)變曲線和試樣破壞后形態(tài)見圖2。

圖2 三軸壓縮試驗(yàn)Fig.2 Triaxial compression test

試樣的峰值偏應(yīng)力為56.8 MPa,峰值應(yīng)變0.91%,彈性模量為8.37 MPa,泊松比為0.191,偏應(yīng)力-應(yīng)變曲線上偏離直線狀態(tài)的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力約為42.7 MPa,為峰值偏應(yīng)力的75.2%,峰后殘余應(yīng)力約為44.2 MPa,為峰值偏應(yīng)力的77.8%。

可見,在三軸壓縮條件下,試樣的各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)(峰值強(qiáng)度、彈模、泊松比等)比單軸情況下的均有較大提高,說(shuō)明其承載能力和抵抗變形的能力均得到增強(qiáng),表現(xiàn)出較強(qiáng)的彈塑性特征。考慮到地層中的水泥環(huán)處于三向應(yīng)力狀態(tài),三軸壓縮條件下測(cè)得的力學(xué)參數(shù)更具有代表性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

(2)80 ℃三軸壓縮試驗(yàn)。對(duì)于溫度80 ℃的三軸壓縮試驗(yàn),隨著荷載的逐漸增加,偏應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈直線增長(zhǎng),當(dāng)偏應(yīng)力大于35.1 MPa后,曲線逐漸偏離直線狀態(tài),應(yīng)力增長(zhǎng)變緩,最終趨向于水平,呈現(xiàn)出塑性流動(dòng)狀態(tài)。試樣的峰值偏應(yīng)力為57.9 MPa(與常溫三軸壓縮下的峰值應(yīng)力相當(dāng)),峰值應(yīng)變?yōu)?.71%(比常溫下增長(zhǎng)了87.9%),彈性模量為7.44 GPa(比常溫下降低了11.1%),泊松比為0.083(比常溫下降低了56.5%)。彈塑性過(guò)渡點(diǎn)(偏應(yīng)力-應(yīng)變曲線剛開始偏離直線的點(diǎn))對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為35.1 MPa,為峰值偏應(yīng)力的60.6%。試驗(yàn)后樣品的高度有明顯縮短,側(cè)向膨脹不明顯,并且形成一條傾斜的剪切裂縫。具體見圖2。

總體來(lái)看,在80 ℃的環(huán)境下,水泥石仍具有較強(qiáng)的彈性變形能力,其抗壓強(qiáng)度仍維持在較高水平,沒有因溫度升高而引起衰退,彈性模量有較小幅度降低,抵抗變形破壞的能力得到增強(qiáng),其壓縮變形主要是原有孔隙的不斷壓密,側(cè)向膨脹變形微弱,該溫度下的水泥石可視為線彈性-理想塑性材料。

(3)130 ℃三軸壓縮試驗(yàn)。對(duì)于溫度130 ℃的三軸壓縮試驗(yàn),初始階段偏應(yīng)力-應(yīng)變曲線仍以直線狀態(tài)增長(zhǎng),在偏應(yīng)力達(dá)到15.2 MPa時(shí),曲線開始偏離直線狀態(tài),即試樣內(nèi)部出現(xiàn)塑性損傷,隨后曲線逐漸緩慢增長(zhǎng),最終趨于水平,呈現(xiàn)塑性流動(dòng)狀態(tài)。試樣的峰值偏應(yīng)力為44.3 MPa(比常溫下降低17.4%),峰值應(yīng)變?yōu)?.39%(比常溫下增長(zhǎng)了163%),彈性模量為4.39 GPa(比常溫下降低了47.6%),泊松比為0.062(比常溫下降低了67.5%)。彈塑性過(guò)渡點(diǎn)(偏應(yīng)力-應(yīng)變曲線剛開始偏離直線的點(diǎn))對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為15.2 MPa,為峰值偏應(yīng)力的34.3%。試驗(yàn)后樣品的高度有明顯縮短,側(cè)向膨脹不明顯,無(wú)明顯宏觀裂縫,只在上端面處觀察到幾條豎向微裂縫。具體見圖2。

由此可知,在130 ℃的環(huán)境下,水泥石的抗壓強(qiáng)度和彈性模量都有較大幅度降低;水泥石在相對(duì)較小的應(yīng)力下即表現(xiàn)出塑性,且最終沒有明顯宏觀裂縫,說(shuō)明抵抗變形破壞的能力極強(qiáng),其壓縮變形主要是原有孔隙的不斷壓密,該溫度下的水泥石更加接近線彈性-理想塑性材料。水泥石的力學(xué)參數(shù)見表2。

表2 力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.2 水泥石三軸循環(huán)加卸載力學(xué)特性

2.2.1 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

循環(huán)荷載上限取峰值偏應(yīng)力的70%左右,荷載下限比0稍大,圍壓為15 MPa,加載和卸載速率均為0.5 kN/s,循環(huán)次數(shù)為20次。預(yù)期偏應(yīng)力峰值為先期開展的三軸壓縮試驗(yàn)中測(cè)得的偏應(yīng)力峰值,加載、卸載速率根據(jù)常規(guī)的巖石加卸載試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定,同時(shí)考慮試驗(yàn)機(jī)控制的簡(jiǎn)便性。試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置見表3。

表3 三軸循環(huán)荷載試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

2.2.2 應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征

對(duì)于常溫下的三軸循環(huán)荷載試驗(yàn),在初次加載過(guò)程中,應(yīng)力-應(yīng)變曲線以近似直線狀態(tài)增長(zhǎng),在加載到約40 MPa時(shí)卸載,卸載曲線近似直線,稍向下凸,卸載到約5 MPa時(shí)繼續(xù)加載,再加載曲線近似直線,卸載和再加載曲線形成“滯回環(huán)”。雖然每次的加載曲線近似直線,但每個(gè)加卸載循環(huán)都有新的塑性應(yīng)變產(chǎn)生,新的滯回環(huán)不斷向右移動(dòng),累積塑性應(yīng)變不斷增長(zhǎng)。試驗(yàn)后的樣品沒有宏觀破裂,只是高度有略微減小。應(yīng)力-應(yīng)變曲線和試驗(yàn)后樣品形態(tài)見圖3。

在溫度80 ℃環(huán)境下,每一個(gè)加卸載曲線圍成的形狀近似菱形,“滯回環(huán)”有較大的寬度,說(shuō)明隨著溫度升高,水泥石的變形存在顯著的滯后現(xiàn)象;隨著循環(huán)次數(shù)的增加,滯回環(huán)的寬度逐漸減小,滯回環(huán)越來(lái)越密集,說(shuō)明累積塑性應(yīng)變的增加越來(lái)越緩慢;試驗(yàn)后的樣品高度有明顯縮短,未發(fā)現(xiàn)明顯宏觀裂縫,說(shuō)明試樣主要表現(xiàn)為軸向的壓縮變形,側(cè)向膨脹較少。應(yīng)力-應(yīng)變曲線和試驗(yàn)后樣品形態(tài)見圖4。

在溫度130 ℃環(huán)境下,水泥石“滯回環(huán)”的寬度較小,形態(tài)為細(xì)長(zhǎng)條形,與80 ℃下存在一定差異。隨著循環(huán)次數(shù)增加,“滯回環(huán)”越來(lái)越密集,表明塑性變形積累的增長(zhǎng)變得越來(lái)越緩慢,試驗(yàn)后的樣品高度有明顯縮短,未發(fā)現(xiàn)明顯宏觀裂縫,說(shuō)明試樣主要表現(xiàn)為軸向的壓縮變形,側(cè)向膨脹較少,這與80 ℃下的樣品相似。應(yīng)力-應(yīng)變曲線和試驗(yàn)后樣品形態(tài)見圖5。

圖3 常溫三軸循環(huán)荷載試驗(yàn)Fig.3 Triaxial cyclic loading test at room temperature

圖4 80 ℃三軸循環(huán)荷載試驗(yàn)Fig.4 Triaxial cyclic loading test at 80 ℃

圖5 130 ℃三軸循環(huán)荷載試驗(yàn)Fig.5 Triaxial cyclic loading test at 130 ℃

2.2.3 累積塑性應(yīng)變的演化特征

鑒于循環(huán)荷載下限設(shè)得較低,忽略循環(huán)荷載下限引起的彈性應(yīng)變,將卸載曲線最低點(diǎn)處的應(yīng)變定義為“累積塑性應(yīng)變”,不同溫度下累積塑性應(yīng)變隨循環(huán)荷載次數(shù)的變化規(guī)律見圖6。在常溫下,隨著循環(huán)次數(shù)的增加,累積塑性應(yīng)變近似呈線性增長(zhǎng),第1次循環(huán)后的值為0.113 3%,第20次循環(huán)后的值為0.431 5%,是第1次循環(huán)的3.81倍,可見循環(huán)荷載引起的塑性變形量很顯著。

在80 ℃下,累積塑性應(yīng)變隨循環(huán)次數(shù)的增加而增長(zhǎng),在前8個(gè)循環(huán)增長(zhǎng)較快,后面的循環(huán)增長(zhǎng)放緩;第1次循環(huán)后的累積塑性應(yīng)變?yōu)?.675 7%,第20次循環(huán)后的值為0.977 3%,相對(duì)于第1次循環(huán)增長(zhǎng)了44.6%,可見塑性變形主要形成于第1個(gè)加卸載循環(huán),當(dāng)然隨后的循環(huán)荷載也產(chǎn)生了較大的塑性變形。

在130 ℃下,累積塑性應(yīng)變隨循環(huán)次數(shù)的增加而增長(zhǎng),在前8個(gè)循環(huán)增長(zhǎng)較快,后面的循環(huán)增長(zhǎng)放緩,這與80 ℃下的規(guī)律相似;第1次循環(huán)后的累積塑性應(yīng)變?yōu)?.384 1%,第20次循環(huán)后的值為0.564 9%,增長(zhǎng)率為47.1%,可見塑性變形仍主要形成于第1個(gè)加卸載循環(huán),當(dāng)然隨后的循環(huán)荷載也產(chǎn)生了較大的塑性變形。該溫度下的累積塑性應(yīng)變要小于80 ℃下的情況,原因可能有兩點(diǎn):一是高溫下有一部分塑性應(yīng)變?cè)诩訃鷫旱倪^(guò)程中產(chǎn)生,這一部分沒有涉及,二是應(yīng)力上限設(shè)得相對(duì)較低,導(dǎo)致塑性變形產(chǎn)生得較少。

圖6 累積塑性應(yīng)變隨循環(huán)荷載次數(shù)的變化Fig.6 Change of accumulative plastic strain with increasing number of cyclic loading

3 討 論

水泥石在高溫下的力學(xué)特性與常溫下相比具有顯著差異,主要表現(xiàn)在抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比的降低,變形能力的增強(qiáng)。當(dāng)前對(duì)于水泥石的力學(xué)性能評(píng)價(jià),不論是針對(duì)常規(guī)還是改性配方,主要都是在常溫下進(jìn)行的試驗(yàn),未能較好地反映水泥石在地層深部的力學(xué)特性,條件允許的話,尚需進(jìn)行模擬地層溫壓條件的測(cè)試,以掌握其在高溫下的變形破壞參數(shù)。

針對(duì)當(dāng)前頁(yè)巖氣井大型分段壓裂儲(chǔ)層改造,井口壓力普遍較高,有的甚至達(dá)到90 MPa[18],埋深3 000 m的水平井,井底壓力將達(dá)到120 MPa。隨著壓裂過(guò)程中套管內(nèi)壓不斷攀升,在淺部地層,水泥環(huán)可能受壓破碎形成宏觀裂縫,在地層深部,水泥環(huán)受壓破碎產(chǎn)生宏觀裂縫的可能性較小,但會(huì)產(chǎn)生較大的塑性變形。分段壓裂帶來(lái)的套管內(nèi)壓的反復(fù)升高和降低,使水泥環(huán)的塑性變形持續(xù)增長(zhǎng),可能使固井一二界面的膠結(jié)質(zhì)量持續(xù)劣化。由此可見,分段壓裂對(duì)淺部和深部水泥環(huán)的封固性能都將產(chǎn)生較大損害。

4 結(jié) 論

(1)常溫下,水泥石表現(xiàn)出顯著的彈脆性特征,水泥石破壞后形成宏觀裂縫或者說(shuō)水泥石受壓破碎。

(2)在130 ℃下,水泥石的抗壓強(qiáng)度和彈性模量存在明顯衰退,相對(duì)于常溫下分別降低17.4%和47.6%,變形以軸向壓縮變形為主,側(cè)向膨脹較小,不易形成明顯宏觀裂縫,表現(xiàn)出良好的抵抗變形破壞的能力,具有近似線彈性-理想塑性的特征。

(3)循環(huán)加卸載試驗(yàn)中80和130 ℃下水泥石產(chǎn)生的塑性變形分別為0.977 3%和0.564 9%,是常溫下的2.26倍和1.31倍;塑性變形主要形成于第1個(gè)加卸載循環(huán),隨后塑性變形的增長(zhǎng)較慢。

(4)油井水泥石在高溫下的力學(xué)參數(shù)及變形特征與常溫下存在較大差異,現(xiàn)場(chǎng)深層油氣固井應(yīng)當(dāng)充分考慮水泥石在高溫下表現(xiàn)出的力學(xué)特性,以便更準(zhǔn)確地進(jìn)行固井設(shè)計(jì)與施工。