高温下G级油井水泥强度的衰退及合理硅砂加量

研究了G级油井水泥在不同温度条件下的水泥石强度变化,分析了温度、硅砂加量对水泥石强度的影响,确立了水泥石产生高温强度衰退的临界温度分别为110℃和150℃,给出了高温下抑制强度衰退的合理硅砂加量为30%～40%,为进一步选择和设计深井G级水泥浆体系提供依据.

温度及外加剂对G级油井水泥水化产物的影响

利用X射线衍射仪检测和分析了25～200℃条件下G级油井水泥水化产物.揭示了温度及外加剂等对G级油井水泥水化产物的影响.结果表明:温度超过110℃后,主要水化硅酸钙产物由CSH(Ⅱ),C2SH2等凝胶转变为C2SH晶体;温度为110～150℃时掺加硅砂的水泥,主要水化硅酸钙产物为C5S6H5;而当温度超过150℃时,主要水化硅酸钙产物为C6S6H.此外,给出了不同温度条件下G级油井水泥水化过程的化学反应式.

G级油井水泥物理性能影响因素分析

通过对G级油井水泥生产厂家生产工艺的调研以及在多年从事油井水泥及外加剂检测的经验和大量实验数据的基础上,全面分析并指出了影响G级油井水泥物理性能的主要因素是煅烧工艺、粉磨工艺、石膏及其加量、水泥化学成分(含矿物组成)、试验温度和压力、水灰比、油井水泥外加剂。该分析结果对优化生产工艺、G级油井水泥物性检测以及油田固井对G级油井水泥的应用具有重要的参考价值。

GH-9油井水泥缓凝剂的性能与作用机理研究

研究了GH-9油井水泥缓凝剂对水泥浆的稠化时间、流变性能和水泥石抗压强度的影响,通过XRD、SEM、能谱分析,研究缓凝剂的缓凝机理。结果表明:GH-9缓凝剂与降失水剂和早强剂复掺时,掺量仅0.2%即可达到延长稠化时间60 min以上的缓凝效果,并且水泥浆稠化曲线形态良好、呈直角稠化、过渡时间短、初始稠度低、掺量与稠化时间呈线性关系,不会对水泥石的后期抗压强度发展产生不利影响,在单掺掺量超过1%时具有很好的分散效果。通过物相分析和显微结构分析,加入缓凝剂后在水泥水化初期对于水化产物C-S-H凝胶抑制作用不明显,但是能有效地抑制Ca(OH)2晶体的形成和生长,从而延缓水泥水化诱导期,使稠化时间延长。

纳米SiO_2溶胶缓解油井水泥高温强度衰退的作用机理

油井水泥石强度衰退是高温固井所面临的主要难题之一,而添加纳米SiO_2能否缓解水泥石的高温强度衰退以及其作用机理是什么,还有待于验证和确认。为此,通过室内试验,基于X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪分析水泥石的矿物组成、微观结构和水化产物的元素,测定了高温条件下(150℃/35 MPa)纳米SiO_2溶胶对G级油井水泥石抗压强度的影响及变化规律,据此研究纳米SiO_2溶胶在高温下对水泥水化产物的作用机理。研究结果表明:①纳米SiO_2溶胶可以提高G级油井水泥浆的稠度系数,对水泥浆的流变性会产生不利的影响;②在高温养护初期,纳米SiO_2溶胶会降低水泥石的抗压强度,但加入纳米SiO_2溶胶的水泥石的抗压强度不会随着养护时间的增加而产生明显的变化;③加入少量纳米SiO_2溶胶的G级油井水泥中的纳米SiO_2颗粒吸附在水泥矿物表面阻碍水化反应,能够缓解水泥水化产物的高温脱水变质,纳米SiO_2颗粒还可以提高水泥微观结构的致密性;④加入大量纳米SiO_2溶胶的G级油井水泥中的纳米SiO_2与氢氧化钙发生火山灰反应生成一种新型的、结构松散的薄片蜂窝状CSH产物,难以提供较高的抗压强度。结论认为,纳米SiO_2可以作为水泥添加剂以缓解油井水泥高温强度衰退,该研究成果为高温固井水泥浆体系的设计提供了一条新的思路。

地聚合物新型固井胶凝材料及其抗盐性能分析

针对深井高盐环境中水泥浆固井胶凝材料耐腐蚀性低的问题,提出了地聚合物作为一种潜在新型固井胶凝材料的可行性,并对其抗盐性进行了实验分析。通过测量粉煤灰+偏高岭土基地聚物和G级油井水泥在不同浓度盐溶液中养护28 d的抗压强度,发现水泥试件随着盐溶液浓度提高,强度损失增大,而地聚物试件的强度却随着盐浓度的提高逆势提升。通过XRF元素分析、XRD矿物分析、酸碱性分析发现,盐水环境中的离子交换显著改变了水泥的水化环境和生成物成分,导致其强度显著降低,但对地聚物的地质聚合反应产物影响甚微。扫描电子显微镜SEM下的形貌分析表明,盐水环境可使地聚物产生更加致密的微观结构,这是其强度提高的主要原因。该研究表明,早龄期地聚物具有优异的抗盐性能,可在进一步加强实验验证后考虑在深井高盐腐蚀环境中代替水泥使用。