耐高温低密度水泥浆的初步研究

研究了硅粉对低密度水泥浆热稳定性的影响,对配制低密度水泥浆用的减轻剂进行了优选。实验结果表明,硅粉能有效地提高低密度水泥浆的热稳定性,在密度为1.5g/cm~3的水泥浆中加入30％的硅粉,水泥石的强度可达18.1MPa;漂珠是耐高温低密度水泥浆的良好减轻剂,用漂珠在较小的水固比下就能配制出密度较低的水泥浆,有利于用硅粉提高水泥石的高温强度,并能代替部分硅粉的作用,有利于提高水泥石的低温强度。     

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根据漂珠的组分及漂珠低密度水泥浆的性能特点，提出了漂珠水泥浆密度设计要求，减轻剂加量计算，适合漂珠低密度的水泥浆配方以及固井施工注意事项。在低压漏失层固井中还应加强以下工作：①确定合理的水泥浆密度，建立一套漂珠的不同加量、不同水灰比下的漂珠低密度水泥浆在不同液柱压力下的密度变化曲线，为确定低密度水泥浆密度提供可靠依据，特别是对密度很敏感的漏失层固井。②制定低密度水泥固井质量标准，低密度水泥的强度一般低于纯水泥、结构不如纯水泥致密、强度发挥不如纯水泥快。对低密度水泥固井应以保证水泥石的最低封隔质量为依据确定合理的低密度水泥固井质量标准。     

塑性低密度水泥浆体系的室内研究

利用颗粒级配技术、紧密堆积原理和纤维增韧技术原理,通过对减轻剂的粒度分析,优选漂珠、G级水泥、玻璃微珠、微细水泥以及微硅构成5级颗粒填充体系.设计出了一种密度为1.15～1.20 g/cm3的塑性低密度水泥浆.该水泥浆流动性能良好、稠度值适中、失水量小于50 mL、不沉降、无游离液、水泥石上下密度差小于0.05 g/cm3、24 h抗压强度大干9.5 MPa、48 h抗压强度大于12.5 MPa、稠化时间在240～360 min内可调、基本成直角稠化、抗冲击韧性较常规低密度水泥石提高15%左右,抗折强度提高了10%左右,弹性模量则下降了约20%.解决了长期困扰低密度水泥浆存在的浆体稳定性差、候凝时间长、早期强度低、水泥石易破碎等问题,对低压易漏地层长段封固具有重要意义.     

微硅漂珠复合低密度水泥体系的探讨

低密度水泥是解决低压易漏井固井水泥浆漏失的主要途径。研究了微硅漂珠复合低密度水泥体系,分析了该水泥体系的作用机理,并对微硅漂珠复合低密度水泥体系的水灰比与密度的关系、水泥浆配方、流变性、沉降稳定性等性能进行了评价。结果表明,微硅漂珠复合低密度水泥浆体系强度高、滤失量低、自由水含量低及稳定性能好,水泥浆密度为1.30—1.33 g/cm~3。微硅漂珠复合低密度水泥体系克服了漂珠低密度水泥和微硅低密度水泥的缺点,满足了定向井和水平井施工作业对水泥浆的要求。     

高强增塑低密度水泥浆体系研究

常用的低密度水泥浆体系在低压易漏地区固井存在强度低的缺陷,油气勘探开发对低密度水泥浆体系提出了更高的要求。研究开发了以漂珠、水泥颗粒、微硅颗粒和颗粒级配增强剂为主构成的4级颗粒填充结构及与之配套的增韧复合纤维构成的高强增塑低密度水泥浆体系,对水泥石强度、水泥环抗冲击能力、水泥浆性能、浆体稳定性进行了室内实验。实验结果表明,水泥浆具有流变性能好、失水量小、稠化过渡时间短的优点,可显著提高低密度水泥石的综合强度、水泥浆的稳定性和防窜能力,与其他外加剂也有良好的配伍性。在胜利油田及川东北地区进行了现场应用,效果良好,为解决当前低压易漏井的固井问题提供了一个可行的途径。     

漂珠复合低密度水泥浆的室内研究与应用

研制了一种漂珠复合低密度水泥浆,分析了该体系的作用机理,确定了漂珠复合低密度水泥浆体系添加剂的最佳配方:早强剂CK21加量2%,分散剂SZA-2加量0.8%～1.0%,降滤失剂TD-80加量1.2%,微硅加量8%,按施工要求调节缓凝剂加量控制稠化时间.室内研究结果表明,该漂珠复合低密度水泥浆体系具有密度低、抗压强度高、水泥浆沉降稳定性好的特点,克服了目前常用低密度水泥浆体系的缺陷,是提高低压易漏失井固井质量的有效材料.     

低温下物理和化学激发对矿渣活性的影响研究

低温条件下矿渣活性低、水化慢。为提高低温下矿渣的活性,通过室内试验,测试了物理粉磨对矿渣粒径分布和矿渣水泥石强度的影响、化学激发剂对矿渣水泥石强度的影响,研究了物理激发和化学激发对矿渣活性的影响。研究表明,粉磨后矿渣的比表面积由0.718 m2/cm3增大到2.181 m2/cm3,水泥石在10 ℃温度下养护24 h的抗压强度由0 MPa增至6.6 MPa;随着化学激发剂 JFJ-1 加量的增加,矿渣水泥的抗压强度先增大后减小,JFJ-1 的最优加量为4%。养护温度为10 ℃时,采用矿渣配制的密度为1.30 kg/L的低密度矿渣水泥浆体系养护24 h后的水泥石强度达6.8 MPa,渗透率0.014 5 mD。而相同的养护温度下,密度为1.92 kg/L的G级水泥浆养护24 h后的水泥石强度为1 MPa,渗透率为0.044 2 mD。由此可知,物理粉磨及化学激发剂对矿渣的活性均有较好的提高效果。      

微细水泥／漂珠低密度水泥浆体系的研制

利用颗粒级配和紧密堆积理论，制备了密度为1．20～1．30g/cm^3的微细水泥／漂珠低密度水泥浆体系。确定了其最佳配方：微细水泥与G级油井水泥质量比为1：1，微硅加量6．0％，降失水剂SZ1—2加量1．5％，早强剂CK21加量2．0％，分散剂SXY加量1．4％，漂珠加量30%-60％，空心玻璃珠加量10％～20％，水灰比0．58—0．62。在50℃下，考察了该低密度水泥浆的抗压强度、失水性、流变性等，结果表明，该体系具有早期强度高、稳定性好、稠化时间可调等优点，适用于低压易漏地层及超长封固段的固井施工。     

S形水泥浆强度发展曲线成因分析及消除方法

水泥石在高温时会出现强度衰退现象,添加硅粉可以防止高温下水泥石强度的衰退,但在研究和实际应用中发现添加硅粉后水泥石在高温下还会出现强度衰退现象,导致水泥浆高温下的超声波强度发展曲线呈现S形。为了防止水泥石发生高温强度衰退影响固井质量,消除S形强度发展曲线,利用X射线粉末衍射仪（XRD）分别对抗高温高密度水泥浆在强度发展过程中12,24,48和90 h等时间点处的水泥石进行物相分析,根据物相分析结果探究S形强度发展曲线的成因。结果表明:水化反应前24 h,硅粉未参与反应,且5.0%的微硅粉不足以阻止C-S-H凝胶向低强度α-C2SH转变,因而水泥石出现高温强度衰退现象;水化反应24 h后,硅粉开始参与水化反应,阻止水泥石发生强度衰退。研究表明,硅粉活性不足是导致水泥浆强度发展曲线呈现S形的原因,增大硅粉比表面积可以提高其活性,防止水泥石出现短暂高温衰退现象,消除S形水泥浆强度发展曲线。      

胶乳纳米液硅高温防气窜水泥浆体系

针对顺南区块超深高温高压气井固井面临井底温度高、气层活跃难压稳的问题,研究了胶乳纳米液硅高温防气窜水泥体系。通过将纳米液硅防气窜剂与胶乳防气窜剂复配使用,协同增强水泥浆防气窜性能;不同粒径硅粉复配与加量优化,增强水泥石高温稳定性;无机纤维桥联阻裂堵漏,抑制裂缝延展,提高水泥浆防漏性能和水泥石抗冲击性能。该水泥浆体系具有流动性好、API失水量小于50 mL、直角稠化、SPN值小于1,水泥石具有高温强度稳定性好、胶结强度高、抗冲击能力强的特点。密度为1.92 g/cm3的水泥浆体系在190℃、21 MPa养护30 h后超声波强度逐渐平稳,一界面胶结强度达12.6 MPa;水泥石弹性模量较常规低失水水泥石降低52%,抗冲击强度增加了188%,且受霍普金森杆冲击后仅纵向出现几条未贯穿的裂纹。该高温防气窜水泥浆体系在顺南5-2井和顺南6井成功应用,较好地解决了顺南区块超深气井固井难题。