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固井理論與技術研究團隊在深層油氣固井和水泥材料水化機理領域研究取得新進展
發佈時間:2021-09-23 16:03:23點擊數:字號:
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會議報告人 審核人 徐永濤
學術報告 簡介

【淘派電商】近日,我校石油工程學院固井理論與技術研究團隊在深層油氣固井和水泥材料水化機理領域研究取得新進展,相關研究成果先後發表在水泥材料領域排名首位的頂尖期刊Cement and Concrete Research上,中國石油大學(華東)為唯一署名單位,龐學玉教授為第一作者和通訊作者。該成果得到國家自然科學基金面上項目、國家海外高層次人才引進項目和中國石油大學(華東)人才引進項目資助。

題為《加砂固井水泥體系長期強度衰退:綜合多角度分析》(Long-term Strength retrogression of silica-enriched oil well cement system: a comprehensive multi-approach analysis)的成果發表在Cement and Concrete Research上。


圖1加砂固井水泥體系長期強度衰退:綜合多角度分析

由於井下高温高壓環境,固井水泥材料高温強度衰退問題是深層固井面臨的最大難題之一。隨着石油工業的發展,人們逐漸開發出各種抗高温固井水泥體系。然而,目前國際上對水泥材料的高温強度衰退機理認識仍然不夠清楚,尤其是對200°C以上超高温成型條件下水泥石長期強度變化規律和驅動機制認識不足,因此,適用於深井、超深井的抗高温固井水泥體系設計存在很大的不確定性。研究團隊通過使用自主研發的固井水泥高温高壓原位養護成型實驗設備,針對200°C超高温成型條件下固井水泥長期強度衰退規律開展了系統研究。通過水泥石物理力學性能測試,發現目前國際上通用的抗高温加砂固井水泥體系高温養護142天后強度衰退高達80%,滲透率更是呈數量級增長;最終,團隊通過XRD礦物成分、熱重、壓汞孔隙分佈、SEM電鏡圖像等多個角度分析並揭示了高温成型水泥石長期強度衰退機理,為抗高温固井水泥設計提供了理論指導。

題為《15至95°C區間水泥水化動力學研究》(Cement hydration kinetics study in the temperature range from 15°C to 95°C)的成果發表在Cement and Concrete Research上。



圖2 15至95°C區間水泥水化動力學研究

硅酸鹽水泥材料作為目前全球用量最大的工程材料,其發明和應用已有近兩百年的歷史。但由於水泥材料化學成分的複雜性,人們對其水化機制的認識仍然遠遠不足。水化動力學是水泥材料領域最為基礎的研究,也是研究水泥水化機制最常用的手段之一。固井水泥作為一種特種硅酸鹽水泥,其應用環境遠比普通硅酸鹽水泥複雜,尤其是温度範圍廣,可低至零°C以下,亦可高達200°C以上。因此研究温度對水泥水化動力學的影響,對認識固井水泥工程性能發展規律和對固井施工及固井質量的影響至關重要。研究團隊針對各種不同硅酸鹽水泥開展了15°C至95°C大温度範圍內水化動力學研究,這是國際上首次針對60°C以上高温環境開展系統探討;團隊通過等温量熱、震盪等温量熱和差式掃描量熱等實驗手段揭示了温度對水泥水化速率的影響規律,並建立了相應水化動力學模型對不同温度下的水化規律進行了準確模擬。固井水泥100°C以上水化動力學規律研究正在進行中。目前研究團隊配置了法國塞塔拉姆微反應量熱儀,是國內首個具備固井水泥高温高壓水泥水化動力學測試能力的單位。

Cement and Concrete Research致力於發表水泥材料領域最優秀的研究成果,尤其專注於基礎研究領域,享有極高的學術聲譽。

經過多年發展,固井理論與技術研究團隊形成了以鑽井工程、化學、材料、力學等多學科協同創新的高水平研究團隊,現有教授3人、副教授3人和講師1人,全日制博士生18人,碩士生37人。近年來針對深水、深層、非常規油氣複雜地層注水泥頂替、水泥漿體系、水泥環完整性控制方法開展了系列研究,建立並形成了深水淺層固井技術、深層抗高温固井技術、非常規頁岩油氣水平井固井技術,固井水泥水化機理理論與技術,研發了低温早強防竄水泥漿體系、抗高温水泥漿體系、低滲高彈韌性水泥漿體系,並進行了現場應用。近五年承擔國家級項目12項,橫向課題60餘項,在SPE Journal、Cement & Concrete Composites,Construction and Building Materials,Journal of Petroleum Science and Engineering等國內外知名期刊發表論文100餘篇,授權國家發明專利30餘件,出版專著1部。研究成果獲省部級一等獎2項、二等獎2項、三等獎6項。

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//doi.org/10.1016/j.cemconres.2021.106424

//doi.org/10.1016/j.cemconres.2021.106552

【 作者:趙曉燕 單寶來 來自:石油工程學院 科技處  責任編輯:姜洪明 審核:徐永濤】

【淘派電商】

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