高強(qiáng)度超低密度水泥漿體系實(shí)驗(yàn)研究

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1、萬方數(shù)據(jù)第37卷第5期2009年9月石油鉆探技術(shù)PETROI。EUMDRII。i。IN『GTECHNIQUESV01．37．No．5Sep．，2009．．固井與泥漿◆高強(qiáng)度超低密度水泥漿體系實(shí)驗(yàn)研究羅楊1陳大鈞1許桂莉2萬偉3陳安1(1．西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，四川成都610500；2．川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司廣漢圣油科技開發(fā)公司，四川I廣漢618300；3．川慶鉆探工程有限公司JII西鉆探公司，四川成都610031)摘要：國內(nèi)外利用顆粒級配和緊密堆積理論研究開發(fā)了1．20～1．65kg／I。的低密度水泥漿

2、體系，解決了固井中的許多技術(shù)難題。但是，對于密度為1．15～1．30kg／L的超低密度水泥漿體系還缺乏系統(tǒng)的研究。以最緊密堆積和顆粒級配理論為依據(jù)，建立了最佳模型，精選出了以G級水泥、微細(xì)水泥、空心微珠和玻璃微珠為主體的四級顆粒級配系統(tǒng)，配合適量的激活劑研究出了密度為1．15～1．30kg／L的超低密度水泥漿體系，并率先在實(shí)驗(yàn)室模擬出了超低密度水泥漿返至地面的室溫候凝施工過程。解決了低密度水泥漿體系的穩(wěn)定性和高早期強(qiáng)度等難題，具有良好的性能和現(xiàn)場推廣應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：高強(qiáng)度；低密度水泥漿；顆粒級配；緊密堆積中圖分類號

3、：TE256+．7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1001—0890(2009)05—0066—06隨著我國石油勘探開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，有關(guān)低密度水泥漿體系的研究也越來越多[1]。目前，國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)通過各種減輕材料的復(fù)合使用，以及通過優(yōu)選外加劑的辦法配制出了密度為1．25～1．55kg／L的高強(qiáng)度低滲透水泥漿，但對密度為1．15～1．30kg／L的水泥漿體系缺乏系統(tǒng)的研究，鮮見相關(guān)的報(bào)道。所以研究該密度范圍內(nèi)的超低密度水泥漿體系具有重要的意義。1技術(shù)思路與研究方法1．1技術(shù)思路在采用加入減輕材料的方法設(shè)計(jì)低密度水泥漿體系的

4、研究中，緊密堆積和完美的顆粒級配成為研究的重點(diǎn)。因?yàn)樗嗟脑S多性能與孔隙率有著密切的關(guān)系，而孔隙率取決于水泥顆粒的堆積密度以及水泥的水化程度。但這兩個(gè)方面對顆粒級配的要求恰恰是不一致的：較高堆積密度要求有較寬的顆粒級配；而較快的水化速度則要求有較窄的顆粒級配口]。因此綜合考慮兩方面的影響，需要建立相關(guān)系統(tǒng)的模型，以通過優(yōu)化材料顆粒級配獲得最佳性能的水泥。顆粒級配問題就是要求出大小粒徑的顆粒分?jǐn)?shù)之和為1的最佳粒級組合，包括最佳級配數(shù)、顆粒的尺寸比和體積分?jǐn)?shù)(即級配比例)。應(yīng)用與水泥漿密度無關(guān)的較高堆積體積分?jǐn)?shù)(PVF)

5、來增加給定密度水泥石的抗壓強(qiáng)度和降低水泥石的孔隙度和滲透率。PVF值越大，水泥石孔隙度和滲透率越小，性能越好，在給定密度下，較高的PVF值通過3種或更多種不同尺寸的固相顆粒優(yōu)化混合來獲得口巧]。1．2研究方法1)在同一配方條件下，通過不同G級水泥、微細(xì)水泥的配比，根據(jù)其對水泥漿性能的影響來確定最佳配比。2)在同一配方條件下，分別加入不同的減輕材料及早強(qiáng)一激活劑，根據(jù)其對水泥漿性能的影響來確定減輕材料及早強(qiáng)一激活劑的最佳配比。3)在一定外加劑條件下，通過調(diào)節(jié)G級水泥、微細(xì)水泥、漂珠、微硅和玻璃微珠等材料的比例，以及水固

6、比的大小，根據(jù)其對水泥漿密度及性能的影響來確定最佳配比。4)在不同溫度條件下，調(diào)節(jié)外加劑和材料加量，得到不同溫度下綜合性能良好的水泥漿配方。2性能實(shí)驗(yàn)2．1實(shí)驗(yàn)藥品及儀器實(shí)驗(yàn)藥品G級高抗硫油井水泥、油井水泥增收稿日期：2008一11—15；改回日期：2009一0723作者簡介：羅楊(1984)，男，四川自貢人，2007年畢業(yè)于西南石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，在讀碩士研究生。聯(lián)系電話：(028)83030441萬方數(shù)據(jù)第37卷第5期羅楊等：高強(qiáng)度超低密度水泥漿體系實(shí)驗(yàn)研究強(qiáng)劑(微細(xì)水泥)，四川嘉華集團(tuán)產(chǎn)；降失水劑LT一2；分

7、散劑SXY；降失水劑SDl8；微硅，成都嘉茂和峨眉托陽產(chǎn)；漂珠，江油德園和蛾眉托陽產(chǎn)；玻璃微珠，美國3M公司產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)儀器瓦棱攪拌器，NCD-1型油井水泥常壓稠化儀，高溫失水儀，OWC一9040F：[曾壓稠化儀，0ZNN-D6型六轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，NYL一300型萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)，巖心流動(dòng)裝置。2．2實(shí)驗(yàn)材料及性能2．2．1微細(xì)水泥和G級水泥為了保證水泥石具有較好的早期抗壓強(qiáng)度，克服因較大固相含量而引起的流變性較差等問題，最終采用微細(xì)水泥與G級水泥復(fù)配使用。表1是微細(xì)水泥與G級水泥的粒徑和比表面積分析對比。表2表1微細(xì)水泥

8、與G級水泥粒徑及比表面積對比由表1可知，微細(xì)水泥的最大粒徑為16．0肛m，G級水泥的最大粒徑在90．0／am以上；微細(xì)水泥中有90％以上的顆粒粒徑zJ、于10．0／zm，而G級水泥有50％以上的粒徑大于21．0肚m；微細(xì)水泥的比表面積是G級水泥的2～3倍。通過進(jìn)一步的窄縫實(shí)驗(yàn)，研究了它們填充微小孔隙的能力，其結(jié)果見表2。水泥漿通過窄縫的能力對比