页岩气油气井水泥研究及生产制备

为探讨超细油井水泥性能和制备工艺,本文通过采用立式多转子气流分级机对油井水泥进行分级和相应工序处理获得7种不同颗粒粒径的油井水泥。利用激光粒度仪、X射线衍射仪、扫描电镜等分别对不同颗粒粒径油井水泥进行颗粒级配、矿物组成、水泥颗粒形貌及水泥石水化产物进行测试,同时测试稠化时间、稠度、流动度、强度等对其性能进行评价。研究结果表明,油井水泥在分级生产过程中出现分相现象;分级粗油井水泥在合适比例混合下可获得合格产品;不同颗粒粒径的油井水泥微观结构和物理性能差别大,随水泥比表面积增大,水泥颗粒间吸附力增强,浆体稠化时间缩短,初稠和水灰比增大,析水率降低,稳定性增加;在合适温度范围内,随温度升高,浆体强度增加,但颗粒过细,强度反而会下降。     

影响油井水泥物理性能的因素浅析

油井水泥作为油气井固井最重要的材料之一,其性能直接决定固井质量的好坏。随着油气井开发深度和难度的增加,对油井水泥质量的要求也越来越高。影响油井水泥物理性能的因素较多,包括原材料的加工、颗粒粒径的分布以及环境条件等。本文分析了影响油井水泥比表面积、稠化时间、强度的因素,以期促进油井水泥的发展。     

水泥-粉煤灰-石灰石粉复合浆体的流变性能

采用Rheolab QC型旋转黏度计研究了水泥–粉煤灰–石灰石粉复合浆体的流变性能,分析了不同粉体含量以及石灰石粉颗粒粒径对复合浆体屈服应力、塑性黏度以及触变性的影响。结果表明:复合浆体中石灰石粉掺量增大或颗粒粒径减小,浆体屈服应力、塑性黏度和触变性均增大;随剪切速率增大,水泥–粉煤灰–石灰石粉复合浆体发生显著的剪切稀化现象,随后塑性黏度渐趋稳定,掺入石灰石粉后,提高了浆体由剪切稀化向塑性黏度逐渐稳定时需要的剪切速率;在水泥–粉煤灰体系浆体中掺入质量分数为20%～40%石灰石粉能够显著改善浆体的流变性能,提高浆体的稳定性。     

大理石粉颗粒丛特性对水泥浆体流变性能影响

试验研究了水泥-大理石粉浆体剪切应力和塑性黏度随剪切速率变化的规律,使用Bingham流体模型和PowerLaw流体模型分别对浆体低剪切速率和高剪切速率阶段的剪切应力进行拟合,得到浆体屈服应力,塑性黏度系数.探究了水泥-大理石粉颗粒丛特性即颗粒分布宽度、颗粒数密度、总比表面积和Zeta电位与浆体屈服应力和塑性黏度的关系.研究结果表明:大理石粉比表面积小于640m2/kg时,起到稀化浆体的作用,大于640m2/kg时起稠化作用,且稀化或稠化的作用随其掺量的增加而增大.浆体中颗粒间接触点数量和固-液相接触面积增大使浆体屈服应力,塑性黏度提高.大理石粉降低了水泥浆体Zeta电位,浆体中粒子间静电作用力减弱,对流动性起到削弱作用.     

Φ3m×48m预分解窑煅烧油井水泥熟料操作方法

油井水泥是用于油井、气井等固井工程的专用水泥,其基本要求是,在井底的温度和压力条件下,水泥浆体在注浆过程中应具有一定的流动性和合适的比重,即良好的可泵性,有适宜的稠化时间和一定的机械强度。     

剪切速率和温度对低水胶比水泥浆流变性能的影响

水泥浆体的流变性能不仅与材料本身有关,还受环境及外部作用影响。本文针对水泥基材料实际工程中存在的主要外部影响因素,即剪切作用与环境温度,研究了两者对低水胶比水泥浆流变性能的耦合作用。结果表明:水泥浆体在剪切过程中的流变行为与所施加的预剪切有关,水泥浆体的屈服应力随预剪切速率的增大而减小,剪切增稠的程度随预剪切速率的增大而增大;温度升高,水泥颗粒对减水剂的吸附量增加,浆体在不同剪切速率下的平衡表观黏度减小;温度和剪切速率对水泥浆平衡表观黏度的影响具有耦合效应,剪切速率越高,温度的影响越小,反之亦然,并建立了不同温度和剪切速率下平衡表观黏度的数学关系。     

ZrO2粉料喷雾造粒颗粒的形貌,显微结构及其成型性能

采用ＳＥＭ和ＴＥＭ分析了ＺｒＯ２喷雾干燥粉料颗粒形貌和显微结构。发现喷雾干燥粉料颗粒是由固有团聚体组成的人造团聚体；其各团聚态强度随强度随料浆中结合剂合量增加而增大，固有团聚体强度随料浆粘度增大而增大；喷雾干燥粉料成型性与其团聚态结构和强度有着密切关系。     

锂渣掺量对水泥-减水剂浆体流变特性和混凝土性能的影响

本文研究了锂渣掺量对水泥-减水剂浆体流变特性、新拌混凝土工作性及硬化混凝土强度的影响。从紧密堆积理论和固体颗粒体积分数角度解释了锂渣掺量对水泥-减水剂浆体流变性能的影响。结果表明：锂渣水化初始的屈服应力和塑性黏度均随锂渣掺量的增加而增大，流变性能劣化。新拌混凝土的工作性与锂渣掺量呈负相关；随锂渣掺量的增加，7 d抗压强度不断降低，28 d抗压强度呈现出先增后降的趋势。     

低密度油井水泥的研究与生产

通过对生物灰、硅灰、粉煤灰、矿粉等减轻材料的性能研究，结合多种减轻材料不同比例的掺加对低密度水泥浆的性能影响，确定最佳配比方案，制备出密度低、流动度好、稠化时间长、不同温度下强度优异的低密度油井水泥。     

超声作用与减水剂对水泥基材料性能影响的对比分析

通过开展水泥基材料浆体中水泥颗粒分散度、净浆流动度、泌水率、密实度、流变性能等多项测试实验，对比分析了超声技术以及掺加减水剂对水泥基材料性能的影响。研究表明，超声作用能有效分散水泥颗粒，对水泥早期水化有促进作用，而掺加减水剂则会增加泌水风险；Zeta电位测试表明，减水剂的作用时间比超声作用时间短；抗压强度测试表明，超声作用的水泥基材料强度更高；压汞法与超声脉冲波结果表明，超声作用对于水泥基材料的长期性能影响不显著。因此，在一些特殊工程项目建设中，可以结合超声技术作用于水泥浆体，提高水泥使用性能。     

G级高抗硫油井水泥浆性能的影响因素分析

油井水泥作为固井最主要的材料,其性能直接决定着固井质量的好坏。选取了四种常用的G级高抗硫油井水泥,分析了水泥的矿物组成、水泥粒径分布、水化热等性能,并研究了其对水泥浆性能的影响。结果表明：水泥细度和矿物组成是影响水泥浆流变性的主要因素;水泥中铝酸盐矿物含量( C3 A+C4 AF)是影响水泥和外加剂相容性的关键因素;水泥中石膏的种类和含量对稠化时间影响明显。     

水泥熟料粒径与性能关系的探讨

文章探讨了水泥熟料粒径与其性能的关系,测定了不同粒径熟料的净浆强度,通过X射线荧光分析仪对不同粒径熟料化学成分进行表征,X射线衍射对不同粒径熟料矿物含量和晶型进行表征,并对不同粒径熟料颗粒进行了岩相分析.从实验数据可以看出,熟料粒径越小,其28d强度越高.粒径小的熟料碱含量、SO3含量更少,CaO含量更多;同时粒径小的...     

粉煤灰-微硅-水泥三元复合低密度充填水泥浆在页岩油水平井的应用

为提高页岩油水平井上部固井质量,通过浆体稳定性差异反向优化颗粒配比,采用碱石灰和硫酸镁制备新型水化激活剂,结合²⁹Si NMR进行反应程度定量分析,开发了一种粉煤灰-微硅-水泥三元复合低密度充填水泥浆,并开展了五口井的工程试验。结果表明,粉煤灰和微硅的最佳加量分别为40%、35%(质量分数),碱石灰与硫酸镁的配比为3∶1(质量比)时组成的激活剂效果最好,可将油井水泥的反应剩余量降低29.59%,粉煤灰的反应剩余量降低68.61%,常温下3 d、7 d抗压强度分别提升129%和92%,三元复合体系的失水、游离液、稠化时间等均能满足固井充填需求,现场应用表明固井合格井段占比超过90%,体系具有良好的应用前景。     

The influence of sulfomethyl phenol formaldehyde resin (SMP) on cementing slurry

The poor compatibility between drilling fluid additives and cementing slurry can lead to downhole accidents and inferior cementing quality. Therefore, this paper intends to study on the influence of sulfomethyl phenol formaldehyde resin (SMP) on cement slurry. This paper studies the influence of SMP on the rheological property, thickening time, aggregate stability of cement slurry, and compressive strength of cement stone, and studies the influence of SMP on the concentration of metal ions of cement slurry. And this paper analyzes the influence of SMP on the microstructure of cement slurry via vacuum freeze-dry technology of liquefied nitrogen combined with environmental scanning electron microscope. Finally draw the conclusions: SMP and metal ions with high valence (Fe³⁺, etc.) set off complexation reaction in cement slurry, which increases the molecular weight of complex compound adsorbed on the surface of the cement particles. Meanwhile, Zeta potential is decreased after SMP is added to cement slurry, and the cement slurry becomes thickened as the particles move from agglomeration and diffusion equilibrium towards aggregation direction. After SMP and metal ions with high valence (Fe³⁺,?…?etc.) set off the complexation reaction in cement slurry, a dense “film” is formed on the surface of the particles to prevent cement particles from contacting free water, which will reduce the hydration rate of cement particles, increase the thickening time of cement slurry, and reduce the compressive strength of the cement stone to only two-fifth of the compressive strength of cement stone with original formula.     

MAM共聚物作为油井水泥缓凝剂的评价

用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和马来酸(MA)的共聚反应制备缓凝剂MAM。用正交实验法探究了缓凝剂MAM的最佳工艺制备条件,借助傅里叶转换红外光谱(FT-IR)验证最佳稠化时间的产物结构,利用稠化试验、抗压强度试验及抗盐性试验来测试水泥浆的稠化时间、抗压强度,加一定量缓凝剂的水泥石24h后抗压强度大于行标(SY-T5504—2005油井水泥缓凝剂评价方法)规定的14MPa,能满足施工要求。结果表明,在70℃下反应4h且AMPS与MA物质的量比2∶1、引发剂质量分数1%时,MAM的稠化性能等相关缓凝剂参数均能达到优良的效果。     

海上稠油热采井水泥浆体系研究

海上稠油热采井与陆地热采井对水泥浆性能要求基本相同,都要求水泥环在生产中要长期满足经受反复高温考验后仍具有稳定性的特点。针对海上平台作业条件,参照硅酸盐水泥浆体系耐高温特点和纤维材料的增韧效果,优化添加剂组合,配制出一套密度在1.50~1.90 g/cm~3、温度区间为40~90℃的新型水泥浆体系。室内试验结果表明:该水泥浆体系失水量小于50 mL,稠化时间在120~400 min范围内可控,水泥石高温养护24 h的抗压强度最高可达24.8 MPa,在经350℃高温条件下养护28 d,水泥石仍有32.9 MPa的抗压强度。表明该体系可以满足海上热采井固井的施工要求。     

兰州地铁下穿黄河段同步注浆的浆液试验研究

针对兰州地铁下穿黄河砂卵石地层,在盾构掘进中能更好的控制同步注浆的浆液性能,通过对砂卵石地层同步注浆的浆液性能要求配制8组不同的配合比,试验测试:浆液密度、浆液流动度、浆液塌落度、稠度、凝结时间、水下浇注试验、抗水冲的分散试验、析水率以及试件的抗压强度,得到膨润土可以提高浆液的稳定性;黏土粉的加入,使注浆浆液的粘聚能力增大,提高了浆液整体性和抗水性,但是添加了黏土粉的浆液流动性明显降低;浆液的含水量和黏土粉的含量决定浆液凝结时间和流动性的主要因素.进而得到浆液的配合比为:水25%~30%、膨润土6%、水泥6%~7%、细沙35%~40%、黏土粉与粉煤灰20%~25%.为以后盾构穿越黄河砂卵石地层提供参考.     

矿渣粉颗粒群参数对矿渣活性和混合水泥性能的影响

以混合材料的填充效应和微集料效应为基础,测试了不同颗粒分布矿渣粉制备的水泥的物理性能,研究了矿渣粉颗粒群参数对水泥使用性能和混合水泥抗压强度比的影响。结果表明,矿渣粉颗粒分布宽、粗大化有利于混合水泥使用性能的提高;同时,颗粒堆积密度也影响混合水泥抗压强度比的高低,但主要对早期作用明显,而后期的抗压强度比则与矿渣粉的比表面积直接相关。     

纳米SiO2的分散性对水泥胶砂强度的影响

采用手工搅拌、机械搅拌以及超声波作用对纳米SiO2进行分散处理,通过纳米粒度Zeta电位仪测定纳米SiO2胶体粒径及粒径分布,研究了纳米SiO2的分散性及其对水泥胶砂强度和毛细吸水的影响.研究结果表明,比较三种分散效果,超声波作用最好,机械搅拌次之,手工搅拌最差;增加超声波作用时间,纳米SiO2胶体平均粒径降低,分散性提高,超声波作用超过10 min,纳米SiO2胶体小颗粒增多,但粒径分布曲线整体向大颗粒方向偏移,分散性提高不明显;水泥胶砂强度和毛细吸水性与纳米SiO2的分散性有关,随纳米SiO2分散性的提高,水泥胶砂强度增大,毛细吸水系数降低,胶砂试件的密实度提高.