一种抗240℃超高温固井缓凝剂的研发与评价

随着我国油气资源勘探开发不断向深层挺进,深井、超深井面临着越来越高的温度、压力挑战。为了满足深层、超深层油气开发的需要,针对现有固井缓凝剂抗高温能力差(低于220℃)无法满足大于240℃超高温固井需求的技术难题,根据油井水泥水化产物吸附特点,通过优化分子结构设计,引入强吸附阳离子单体(CP-22)、不饱和羧酸等耐高温单体,制备出了一种新型四元超高温两性离子缓凝剂(HTRP),并通过红外光谱、高温高压稠化等方法对缓凝剂HTRP的分子结构和耐超高温性能进行了研究。研究结果表明:(1) HTRP耐超高温性能优异,在240℃超高温循环温度下水泥浆稠化时间达401 min,可有效延长油井水泥在超高温下的稠化时间;(2)在150~240℃对油井水泥浆调凝性能优异,对温度、加量不敏感,稠化时间线性可调,有利于深井、超深井水泥浆的安全泵送;(3)与其他固井水泥外加剂、不同地区产油井G级水泥配伍性好,对水泥石力学性能影响小,顶部强度发展迅速,可满足超高温井固井施工需求。结论认为,该缓凝剂有效地解决了超深井超高温缓凝剂的高温失效难题,为超高温聚合物类缓凝剂的分子结构设计及耐超高温性能提升提供了新思路,可为我国深层、超深层高温高压油气藏的勘探开发提供技术支持,具备良好的应用前景。

废纸造纸污泥灰的制备及其对水泥砂浆性能的影响

为提高废纸造纸污泥的资源化利用效率,在煅烧温度650℃的条件下制备了废纸造纸污泥灰,对掺有0、5%、10%、15%和20%污泥灰的水泥砂浆流动度、凝结时间和抗压强度进行了研究。结果表明,污泥灰的掺入会降低水泥砂浆的流动性,当污泥灰掺量从0增加到5%时,初始流动度损失约14.2%,当污泥灰掺量增加到20%时,初始流动度损失约29.6%;污泥灰的掺入会缩短水泥砂浆的凝结时间,当污泥灰掺量为15%时,凝结时间明显缩短,砂浆初凝时间缩短约53 min,终凝时间缩短约37 min;掺加污泥灰有利于提高水泥砂浆的抗压强度,当污泥灰掺量从0增加到5%时,水泥砂浆的抗压强度提升较大,其中3天抗压强度提升约12.5%,28天抗压强度提升约8.7%。

微波加热快速烧结WC-Ni_(3)Al-B硬质合金的组织与性能

本研究采用微波烧结技术制备了不同Ni_(3)_Al含量的硼掺杂WC-Ni_(3)_Al硬质合金材料,研究了烧结工艺和Ni_(3)_Al含量对力学性能和微观组织的影响。研究表明,使用微波烧结可以在较短的时间内制备出性能优异的WC-Ni_(3)_Al-B合金。随烧结温度升高,合金的相对密度和弯曲强度先升后降。Ni_(3)_Al含量的增加可以降低合金的烧结温度,随Ni_(3)_Al含量增加其弯曲强度和断裂韧性升高,硬度下降。当Ni_(3)_Al含量为10%、在1450℃、烧结15min时,合金具有较高的综合力学性能。

庙岭金矿全尾砂充填料浆流变特性的时温效应研究

胶结充填是一种经济、环保的采矿技术。目前,时温效应对高浓度胶结充填料浆流变特性影响的研究较为缺乏,以庙岭金矿全尾砂充填料浆为研究对象,利用Rheolab Q C型高级流变仪进行了一系列流变特性试验,研究了时温效应对高浓度胶结充填料浆流变特性的影响规律。结果表明:新鲜料浆及动状态料浆流变特性曲线都具有明显的Bingham流体特征,随着时间延长料浆屈服应力和塑性黏度不断升高,随着温度升高料浆塑性黏度不断降低而屈服应力则先降低再升高;静状态料浆流变特性不符合常用的流变模型理论,随着静置时长增加料浆流动性减弱;对于静状态料浆,其流变特性受时间因素影响较大,温度因素影响较小;对于动状态料浆,其流变特性受温度因素影响较大,时间因素影响较小;无论是动状态还是静状态料浆,料浆浓度对流变特性的影响都要大于灰砂比。

烧成温度对钛基铝酸盐水泥性能的影响

以钛铁渣和氧化钙为原料,在Al_(2)O_(3)-CaO-TiO_(2)系相图的CaAl_(2)O_(4)-CaAl_(4)O_(7)-CaTiO_(3)三角形中选择Al_(2)O_(3)、CaO、TiO_(2)质量分数分别为58%、34%、8%的组成点作为配料点,其铝酸盐碱度系数为0.9。经配料、混合、成型后分别在1300、1400和1450℃保温30 min,待炉内温度冷却至接近1200℃时,取出置于空气中急冷,再粉磨至0.088 mm方孔筛筛余≤10%,制得水泥熟料试样,然后分析其物相组成和显微结构,检测其凝结时间和强度。结果表明:随着烧成温度的提高,水泥熟料中的CA_(2)量逐渐增多,C_(12)A_(7)量逐渐减少。1400℃烧成后水泥熟料试样中的CA量最多,凝结时间最短,早期强度最高。

低温环境下水泥土力学特性影响因素分析

为保证低温环境下水泥土良好的强度,通过室内冻融循环试验和扫描电镜试验,研究了低温环境下水泥掺量、冻融次数、冻结温度对水泥土力学特性影响规律。结果表明,随冻融次数增加,水泥土表面破损逐渐严重,结构较疏松,平均质量损失逐渐提高;随着水泥掺量增加,水泥土平均质量损失微小,力学特性提高,水泥掺量增加1%,冻融6次的水泥土抗压强度约提高143.3%,抗拉强度至少提高5.9%;随冻融次数增加,水泥土力学强度逐渐降低,与冻融前水泥土抗压强度相比,8%、20%水泥掺量的水泥土冻融6次的抗压强度分别降低了90.2%、39.7%;冻融次数增加1次,水泥土抗拉强度至少降低9.1%;冻结温度越低,水泥土抗压强度随冻融次数增加而显著降低。

响应面法优化两亲聚合物缓凝剂温度响应特性

针对深井长封固段固井面临的高温大温差环境,缓凝剂难以同时满足深井高温泵送时间长、顶部低温候凝时间短的要求,依据两亲聚合物自组装结构形成/解离过程中的分子构效变化原理,采用2-丙烯酰胺-2-甲基苯磺酸(AMPS)、丙烯酸(AA)、多元不饱和羧酸(PA)、阳离子单体(CM),通过可逆加成链转移法制备出两亲聚合物缓凝剂TRIR,利用响应面法优化了缓凝剂的温度响应智能调控特性,确定了缓凝剂TRIR较佳合成条件:单体浓度占比为28.7%、引发剂用量为0.6%、合成温度为50℃、反应pH值为4.5。评价结果表明,两亲聚合物缓凝剂TRIR耐温性能优异,4.0%(液体)加量下200℃高温稠化时间达356 min,在120~180℃范围内随温度升高缓凝性能显著增强,高温大温差下顶部水泥浆强度发展快,无超缓凝不良现象,可将候凝时间缩短到24 h,为深井高温大温差固井和未来智能型缓凝剂的发展提供新思路。

硼泥焙烧预处理制备硫氧镁水泥

硼泥作为一种硼工业废弃物一直未得到有效利用,对环境有极大的危害。本文将高温焙烧预处理的硼泥作为原料制备硫氧镁水泥,研究了不同焙烧条件对硼泥的影响,以及硼泥焙烧温度、保温时间、硼泥焙烧产物掺量对硫氧镁水泥的力学性能、物相和微观形貌的影响。结果表明:硼泥中的MgCO_(3)于700℃焙烧温度条件下保温2 h,可分解得到较高活性MgO,此时硼泥的烧失率维持在23.50%,水合活性达到最高,为24.64%。在焙烧温度700℃、保温时间2 h、硼泥掺量质量分数为45%的条件下制备的硫氧镁水泥力学性能最优,其体积密度为1.7 g/cm 3,28 d抗压、抗折强度分别为59.0、8.0 MPa。

耐高温两性离子型油井水泥缓凝剂的合成及其缓凝机理研究

为满足深井、超深井及地热井等复杂井况固井施工需求,综合分子结构设计思想和功能单体优选方法,以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、马来酸酐(MAH)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为聚合单体,通过水溶液聚合反应合成了耐高温两性离子型高分子聚合物类油井水泥缓凝剂HFB-2,粗产品产率约为82.7%。采用红外光谱分析、凝胶色谱分析及热重分析分别研究缓凝剂HFB-2化学结构、分子量大小、分子量分布和热稳定性。通过执行国标、行标探究缓凝剂HFB-2对水泥浆稠化时间、流变性能和抗压强度的影响。结合水泥浆水化产物物相分析和微观形貌分析研究了缓凝剂HFB-2的缓凝作用机理。研究结果表明:缓凝剂HFB-2具有较好的高温缓凝特性,高温220℃条件下缓凝剂HFB-2加量为1.2%(质量分数,下同)时,水泥浆稠化时间为312 min,24 h抗压强度大于14.0 MPa,主要通过吸附和络合作用抑制水化硅酸钙凝胶和Ca(OH)2晶体的生成,进而实现对油井水泥水化速率的有效控制。

温度与压力对水泥浆稠化时间的影响规律

温度与压力是影响水泥浆稠化时间的客观关键因素。在G级水泥原浆和纤维素水泥浆的稠化时间试验基础上,用回归分析的方法建立了温度、压力影响稠化时间的回归方程并对试验结果进行了分析。研究表明,稠化时间与温度、压力存在着显著的线性相关关系;稠化时间随着温度和压力的升高而减小,温度对稠化时间的影响程度是压力的3—4倍;对于不同的水泥浆,温度、压力对稠化时间的影响程度不同。

38种木材对水泥水化的抑制作用

本文研究了38种木材对普通硅酸盐水泥放热反应的影响。将所测试的全部树种分为两类。第Ⅰ类24个树种,对水泥水化反应的作用比较缓和,在24小时内可出现反应温度峰值。其余14个树种完全抑制水泥的水化过程。根据最高水化温度和到达这一温度所需要的时间,评估了第Ⅰ类的每种木材作为生产水泥刨花板原料的适应性。

深水固井面临的挑战和解决方法

水深超过500m的深水海域所蕴藏的油气资源是非常诱人的,进一步开发利用深水油气资源大势所趋。但深水所带来的低温、地层破裂压力低、浅层流体流动和高昂的深水钻井装置费用等问题又提出了严峻的挑战。通过对深水注水泥温度确定、低密度水泥浆稳定性、流变性、胶凝强度、候凝时间、水泥石具有的机械力学性能等一系列的特殊要求分析,提出了以准确预测深水注水泥温度为前提,以深水固井材料体系研究为基础,以新型钻井液固井液一体化技术为方向,以深水固井时可能存在的风险为指导,有针对性地优化深水固井水泥浆的性能和注水泥工艺,以有效解决深水固井中所面临的困难。

养护条件对水泥砂浆干缩性能的影响

实验研究了养护条件(包括干燥前养护时间、干燥前养护温度和干燥时相对湿度)对砂浆干缩性能的影响。比较了养护时间(1 d,3 d,14 d),养护温度(20℃,60℃),相对湿度(30%,43%,75%)等对水泥砂浆干缩性能的影响。研究结果表明:延长干燥前养护时间,各砂浆干缩率增大;提高干缩前养护温度,不掺矿物外加剂的水泥砂浆干缩率减小,而掺矿物外加剂的水泥砂浆干缩率增大;干燥时相对湿度增加,水泥砂浆干缩率降低。

温度对黏土-水泥浆黏度及凝结时间的影响

黏土-水泥浆在煤层底板注浆加固过程中会产生浆液堵管问题,影响注浆施工。通过室内实验对黏土-水泥浆在不同温度下的黏度及凝结时间的变化规律进行了研究。结果表明,浆液黏度随着温度的升高而减小,凝结时间随着温度的升高而缩短,温度对浆液黏度和凝结时间的影响较大。在不同季节施工时,不能忽略温度对浆液参数的影响。

缓凝剂对磷酸镁水泥的早期性能影响

目前针对磷酸镁水泥(MPC)有效的缓凝剂较少,在常用于MPC的缓凝剂(硼砂)的基础上,加入蔗糖进行复配,通过凝结时间、水化反应温度、水化产物分布、早期抗压强度等性能分析,在20℃以内环境时,确定MPC复合缓凝剂的组分为0.7%硼砂和4.9%蔗糖的混合样,在该复合缓凝剂作用下,磷酸镁水泥凝结时间可调控至31 min;浆体水化反应最高温度可降低20℃且恢复至常温的时间有所提前;在1 d龄期时,体系中矿物组成仍以水化产物磷酸钾镁矿物(Mg KPO4·6H2O)和大量剩余的氧化镁晶体为主。另外,含有蔗糖的缓凝组分还可大大改善磷酸镁水泥硬化体的表面状况。

低碱硫铝酸盐水泥水化硬化过程的温度敏感性及其对策

通过低碱硫铝酸盐水泥在5、20、35℃条件下标准稠度需水量、凝结时间及小时强度的发展规律,研究了低碱硫铝酸盐水泥水化硬化过程的温度敏感性,并提出了在低温或高温条件下的应用技术措施。试验结果表明:低碱硫铝酸盐水泥水化硬化过程对温度非常敏感,温度越高水化硬化速率越快,温度越低强度发展越慢;在高温条件下硼砂能有效延缓低碱硫铝酸盐水泥的凝结硬化,在低温条件下锂化合物能有效加速低碱硫铝酸盐水泥的凝结硬化,从而实现低碱硫铝酸盐水泥的合理应用。

重烧氧化镁粉的活性测定

新型无机骨粘结剂磷酸镁水泥 ( MPC)的主要反应物——重烧 Mg O的活性与 MPC的性能密切相关。本文用比表面积法、碘吸附法、物相分析法、动力学分析法对不同 Mg O的活性进行了表征 ,并考察了重烧 Mg O的活性对 MPC材料凝结时间、30 min抗压强度以及水化温升的影响。结果表明 ,比表面积法、碘吸附法、物相分析法不能用于重烧 Mg O粉活性的测定 ,而动力学分析法用于表征重烧 Mg

水泥混凝土路面板固化温差对翘曲和应力的影响

实测硬化中水泥混凝土路面板内的温度分布,确定混凝土的终凝时间,提出固化温差及有效温差的计算方法,并计算两种施工环境条件下路面板的固化温差和有效温差,进行固化温差对板的翘曲和应力影响分析计算。研究结果表明:春季和秋季施工在水泥混凝土路面板中产生负的固化温差,将会导致路面板在1d中的大部分时间处于板中脱空的状态,在板中临界荷位处板底产生拉应力,而采用小尺寸板,相比较大尺寸板更能降低路面板翘曲及耦合应力,降低疲劳破坏。

热压温度和养护时间对快速固化水泥刨花板性能的影响

以定向刨花板厂的大片杨木刨花经简易粉碎设备粉碎分选得到的刨花和42．5强度等级的普通硅酸盐水泥为原料，Na2SiO3为添加剂，通过热压制板的方法，研究了热压温度和养护时间对快速固化水泥刨花板性能的影响。结果表明：①在85～95℃范围内，热压温度对厚板（20mm）的物理力学性能无显著影响，而对薄板（12mm）的弹性模量和吸水厚度膨胀率影响显著。②水泥刨花板卸出压机后的自然养护时间对快速固化水泥刨花板物理力学性能的影响主要取决于板在养护期间水泥的水化情况。厚板卸出压机后的含水率高，养护期间水泥水化好，养护时间对性能的影响显著；薄板卸出压机后含水率低，养护期间水泥水化不如厚板好，养护时间对性能无显著影响。

新型油井水泥促凝剂LT-A及其性能

针对低温或表层段固井候凝时间长的问题,采用价格低廉、早强作用强且性能稳定的促凝剂有利于缩短固井时间和提高固井质量。为此,研制了过渡金属复合盐类促凝剂LT-A并系统评价了该促凝剂不同加量(1%、2%和3%)情况下的油井水泥浆性能,得到了促凝剂LT-A对油井水泥的影响规律:促凝剂LT-A能促进油井水泥的水化能力,缩短水泥浆稠化时间,显著提高水泥石早期抗压强度,加入促凝剂LT-A的水泥浆稠化时间与原浆稠化时间之比小于等于0.5、水泥石6h抗压强度(39℃、常压)大于等于4.0MPa,完全满足促凝剂评价标准SY/T 5504.4—2008的相关要求。实验还进一步证实:LT-A对水泥浆流变参数和初始稠度基本无影响,是一种性能优于CaCl2的新型促凝剂。