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题名页岩规则齿形结构面水化损伤及剪切特性研究
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作者
景宇翔
郭印同
冯代英
万洋辉
郑贺斌
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机构
西南石油大学土木工程与测绘学院
岩土力学与工程安全全国重点实验室(中国科学院武汉岩土力学研究所)
中国科学院大学
武汉理工大学资源与环境工程学院
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出处
《石油钻探技术》
北大核心
2025年第2期76-87,共12页
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基金
国家自然科学基金项目“复杂环境下水泥环全生命周期密封理论与控制方法”(编号:U22B6003)资助。
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文摘
页岩储层压裂改造后,地层滑移使套管变形频繁出现,严重影响施工与生产。为了解页岩储层结构面水化损伤及水化前后的剪切特性,采用川南龙马溪组页岩试样,预制了10°和40°的2种规则齿形结构面,模拟了不同粗糙度的断层特征,并在四级法向应力下进行了水化直剪试验。试验结果表明:1)40°高起伏角度结构面在水化后表现出塑性变形特征,剪切位移−剪应力曲线呈阶梯式上升,剪切刚度下降约16.3%;而10°低起伏角度结构面则以摩擦滑移为主,剪切刚度波动较小;高法向应力(≥5 MPa)会加剧水化对结构面的破坏作用,但长时间(≥24 h)水化会使破坏促进作用趋于上限。2)在水化初期(1~2 h),40°高起伏角度结构面抗剪强度平均降低了13.05%,最终整体降低了18.19%,黏聚力与内摩擦角分别降低了16.31%和16.57%;10°低起伏角度结构面的抗剪强度参数受水化影响较小,波动范围小于5%。3)10°低起伏角度结构面在水化360 h后出现微孔洞连通和矿物分层现象,而40°高起伏角度结构面则形成大尺寸张拉裂缝,表面粗糙度增大,这是因为高角度结构面的黏土矿物分布更集中,水化软化效应更显著,导致脆性降低和塑性增强。研究结果可为页岩储层压裂设计与套管防护提供理论依据。
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关键词
页岩
齿形结构面
水化作用
岩石力学
微观结构
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Keywords
shale
toothed structural plane
hydration
rock mechanics
microstructure
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分类号
TE21
[石油与天然气工程—油气井工程]
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题名循环载荷对高温环境水泥石微观结构及力学性能的影响
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作者
初永涛
刘奎
蒋新立
王磊
李鹏程
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机构
中国石化固井与完井重点实验室
中石化石油工程技术研究院有限公司
中石化华北石油工程有限公司
岩土力学与工程安全全国重点实验室(中国科学院武汉岩土力学研究所)
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出处
《石油钻探技术》
北大核心
2025年第4期55-64,共10页
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基金
国家自然科学基金企业创新发展联合基金集成项目“复杂环境下水泥环全生命周期密封理论与控制方法”(编号:U22B6003)资助。
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文摘
深层、超深层非常规油气压裂开发对水泥环在高温环境中交变载荷作用下的力学性能及密封完整性提出了更高的要求,亟需明确高温环境下水泥石力学性能的变化规律,为提升深层油气井水泥环密封能力提供支撑。采用力学加载、电镜扫描(SEM)和核磁共振(NMR)方法,测试了高温环境及循环载荷作用下水泥石宏观力学性能的变化、塑性残余应变的变化和加载前后水泥石的微观孔隙结构,揭示了水泥石微观结构的演化规律,构建了水泥石累积塑性残余应变的本构关系。研究结果表明,养护温度越高,水泥石的平均孔径和孔隙率越大,水泥石弹性模量降低的同时,加载后水泥石塑性残余应变越大;随着循环次数增加,循环加卸载形成的滞回环曲线呈先疏后密的特点;微观结构力学分析结果显示,循环载荷作用下水泥石中狭长孔(b/a>100)的坍塌压缩是水泥石塑性残余应变的主要诱因;深层井下高温环境中,可通过颗粒级配和纳米颗粒材料提升水泥环的致密性、降低其孔径及孔隙率,以降低循环载荷引起的微观孔隙劣化和宏观残余应变。研究结果对研究保证高温环境下水泥环密封能力水泥浆体系和优化固井工艺具有指导作用。
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关键词
交变载荷
塑性残余应变
微观结构
微观机理
孔隙
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Keywords
cyclic load
plastic residual strain
microstructure
microscopic mechanism
pore
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分类号
TE256
[石油与天然气工程—油气井工程]
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