基于SHPB实验的煤层气井固井水泥冲击能量耗散特征研究

摘要

煤层气井射孔环节固井水泥冲击破坏是制约井筒完整性与层间封隔能力的关键,查明固井水泥冲击破坏中的能量耗散特征对优化气井固井水泥体系、改进射孔工艺参数具有实际意义。本研究利用分离式霍普金森压杆装置对煤层气井普通固井水泥、纤维固井水泥试样进行高速冲击加载,结合能量耗散理论对两类固井水泥材料在高速冲击中的能量时程演化、能量分配关系及能量吸收效率影响因素等进行研究,结合试样动态破坏形式特征探讨了冲击能量与材料破坏间的关系。结果表明:(1)相对普通固井水泥,纤维固井水泥吸收能达到平衡较晚,说明普通固井水泥脆断后能量需求减弱,纤维固井水泥由于韧性断裂不彻底后期能量需求依然较高;(2)普通固井水泥冲击破坏形式为脆性破碎,而纤维固井水泥则呈现出均匀断裂破坏特征,纤维增韧效果显著;(3)纤维固井水泥通过界面解离和纤维拉拔效应提升了冲击能量吸收效率,试样破坏程度相对较轻;(4)固井水泥材料冲击下的能量分配与材料结构和强度演化、外部加载条件的量化关系问题值得跟踪关注。