观察低水化热水泥浆在深水水合物层固井中的作用及研究

海洋深水表层固井作业环境温度低、地层破裂压力低,存在天然气水合物等重要难点。深水水合物层固井需面临水合物分解引发窜流、深水浅部地层安全作业窗口窄、深水低温水泥石强度发展缓慢、降低水化热与提高水泥石强度存在矛盾关系等挑战。本文对低水化热水泥浆深水在水合物层固井中的作用展开研究,以期为深水水合物层固井施工作业提供有用资料。

粉煤灰及矿渣对水泥浆体系早期水化热效应的控制研究

针对深水天然气水合物层固井对水泥浆体系低水化热、及现代生态文明建设对工业废料有效利用的双重要求,重点利用粉煤灰及矿渣对水泥浆体系水化热的控制效应制备了以常规波特兰水泥为主料、粉煤灰及矿渣为辅料的低水化热水泥浆体系。采用自研半绝热测试实验设备对水泥浆体系早期水化过程中温度进行了连续测量,以水泥浆体系最高温度(TMAX)及最大水化温升(TRISE)表征了粉煤灰及矿渣对水化热控制效应。实验结果表明,粉煤灰及矿渣均可大幅度降低水泥浆体系早期水化热。同时,后期力学性能测试结果显示复掺矿渣有助于水泥浆体系早期强度的发育;另外,结合文献报道复掺粉煤灰有利于水泥浆体系后期强度的发育,极大的改善了水泥石致密性及耐久性。因此,基于2∶1∶1 (水泥∶粉煤灰∶矿渣)的质量配比制备了低水化热水泥浆体系CFS1-1,综合性能研究表明该低水化热水泥浆体系CFS1-1低温条件下具备较好的工程应用性能,为深水天然气水合物层固井水泥浆体系的设计提供了一种可行的方案,同时也实现了粉煤灰及矿渣等工业废料的高效及合理利用。