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煤层气废弃井封堵管柱三维非线性流固耦合振动特性分析
被引量：
1
1
作者
许志新
万继方
+4 位作者
洪毅
刘航铭
易先中
刁斌斌
王宴滨
《煤田地质与勘探》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第6期174-186,共13页
【目的】煤层气废弃井中水泥塞封堵质量是防止井内污染物泄漏的关键。现行煤层气废弃井处置标准中的注水泥塞方式为简单的泥浆泵注,该方法形成的水泥塞存在水泥颗粒团聚、气泡和微孔隙等问题,导致水泥塞强度降低,易失去密封性能。【方...
【目的】煤层气废弃井中水泥塞封堵质量是防止井内污染物泄漏的关键。现行煤层气废弃井处置标准中的注水泥塞方式为简单的泥浆泵注,该方法形成的水泥塞存在水泥颗粒团聚、气泡和微孔隙等问题,导致水泥塞强度降低,易失去密封性能。【方法】针对该问题,将振动技术应用于煤层气废弃井封堵作业中,通过专用工具带动管柱振动,依靠振动能量的传递,改变水泥浆流性以提高水泥塞封堵质量。基于Euler-Bernoulli梁理论及Hamilton变分原理,充分考虑非线性因素,建立了封堵作业中管柱-水泥浆系统三维非线性耦合振动控制模型,采用Lagrange函数和三次Hermite插值函数对管柱系统进行离散,利用Newmark-β法计算并分析了管柱在水泥浆条件下的振动特性;并搭建了机械振动试验测试平台,通过正交试验,研究了振动频率、振动时间以及振动幅值三因素在不同参数组合条件下对水泥石力学性能的影响,得到了最佳振动参数,并进一步研究了单因素对水泥石力学性能的影响规律。【结果和结论】结果表明:(1)考虑纵横耦合效应后,管柱自身由线性结构变为非线性结构,加载使其振动固有频率明显增大,并与振型一起实时变化,在一定时间后变化呈现周期性。(2)管柱长度与振动固有频率成反比,管柱越长其振动固有频率的变化量越小。(3)管柱-水泥浆耦合效应对振动固有频率的影响显著,在水泥浆存在的情况下,管柱系统的振动固有频率均降低,随着水泥浆密度的增加,管柱振动的固有频率降低。(4)机械振动可以使水泥浆体系更加均匀致密,表现为水泥石强度得到极大提升,当振动频率为15 Hz、振动时间为5 min,振动幅值为3 mm时,相比于未振动工况,水泥抗压强度提高38.45%、抗拉强度提高24.14%,胶结强度最大提高52.9%。研究结果可指导封堵工具振动参数的设计,为现场施工参数的确定提供参考,提高水泥浆性能以提高封堵质量,具有工程指导意义。
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关键词
煤层气废弃井
机械振动封堵
三维非线性
流固耦合
振动
特性
水泥塞力学性能
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职称材料
机械振动对弃置井水泥塞性能影响的试验研究
被引量：
4
2
作者
马西旗
王超
+4 位作者
徐鸿飞
高明星
刘占鏖
易先中
刘航铭
《石油机械》
北大核心
2022年第9期28-35,共8页
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...
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。
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关键词
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
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职称材料
题名
煤层气废弃井封堵管柱三维非线性流固耦合振动特性分析
被引量：
1
1
作者
许志新
万继方
洪毅
刘航铭
易先中
刁斌斌
王宴滨
机构
长江大学机械工程学院
湖北省地质局第七地质大队
中能建数字科技集团有限公司
中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室
出处
《煤田地质与勘探》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第6期174-186,共13页
基金
国家自然科学基金项目(51974035)
国家自然科学基金项目(U1762214)。
文摘
【目的】煤层气废弃井中水泥塞封堵质量是防止井内污染物泄漏的关键。现行煤层气废弃井处置标准中的注水泥塞方式为简单的泥浆泵注,该方法形成的水泥塞存在水泥颗粒团聚、气泡和微孔隙等问题,导致水泥塞强度降低,易失去密封性能。【方法】针对该问题,将振动技术应用于煤层气废弃井封堵作业中,通过专用工具带动管柱振动,依靠振动能量的传递,改变水泥浆流性以提高水泥塞封堵质量。基于Euler-Bernoulli梁理论及Hamilton变分原理,充分考虑非线性因素,建立了封堵作业中管柱-水泥浆系统三维非线性耦合振动控制模型,采用Lagrange函数和三次Hermite插值函数对管柱系统进行离散,利用Newmark-β法计算并分析了管柱在水泥浆条件下的振动特性;并搭建了机械振动试验测试平台,通过正交试验,研究了振动频率、振动时间以及振动幅值三因素在不同参数组合条件下对水泥石力学性能的影响,得到了最佳振动参数,并进一步研究了单因素对水泥石力学性能的影响规律。【结果和结论】结果表明:(1)考虑纵横耦合效应后,管柱自身由线性结构变为非线性结构,加载使其振动固有频率明显增大,并与振型一起实时变化,在一定时间后变化呈现周期性。(2)管柱长度与振动固有频率成反比,管柱越长其振动固有频率的变化量越小。(3)管柱-水泥浆耦合效应对振动固有频率的影响显著,在水泥浆存在的情况下,管柱系统的振动固有频率均降低,随着水泥浆密度的增加,管柱振动的固有频率降低。(4)机械振动可以使水泥浆体系更加均匀致密,表现为水泥石强度得到极大提升,当振动频率为15 Hz、振动时间为5 min,振动幅值为3 mm时,相比于未振动工况,水泥抗压强度提高38.45%、抗拉强度提高24.14%,胶结强度最大提高52.9%。研究结果可指导封堵工具振动参数的设计,为现场施工参数的确定提供参考,提高水泥浆性能以提高封堵质量,具有工程指导意义。
关键词
煤层气废弃井
机械振动封堵
三维非线性
流固耦合
振动
特性
水泥塞力学性能
Keywords
abandoned coalbed methane well
mechanical vibration plugging
three-dimensional nonlinearity
liquid-solid coupling
vibration characteristics
mechanical properties of cement plug
分类号
TE256 [石油与天然气工程—油气井工程]
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职称材料
题名
机械振动对弃置井水泥塞性能影响的试验研究
被引量：
4
2
作者
马西旗
王超
徐鸿飞
高明星
刘占鏖
易先中
刘航铭
机构
中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司
长江大学机械工程学院
出处
《石油机械》
北大核心
2022年第9期28-35,共8页
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)。
文摘
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。
关键词
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
Keywords
abandoned well
mechanical vibration plugging
plugging barrier
vibration time
mechanical properties of cement plug
orthogonal test
microstructure
分类号
TE256 [石油与天然气工程—油气井工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
煤层气废弃井封堵管柱三维非线性流固耦合振动特性分析
许志新
万继方
洪毅
刘航铭
易先中
刁斌斌
王宴滨
《煤田地质与勘探》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
1
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
机械振动对弃置井水泥塞性能影响的试验研究
马西旗
王超
徐鸿飞
高明星
刘占鏖
易先中
刘航铭
《石油机械》
北大核心
2022
4
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职称材料
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