纳米二氧化硅在固井水泥浆中的应用研究进展

近年来,纳米二氧化硅由于其本身超高的比表面积及与水泥的火山灰反应,在石油天然气工业中引起了广泛的关注。本文系统梳理了纳米二氧化硅在固井水泥浆中的研究现状,着重介绍了纳米二氧化硅对固井水泥浆的失水量和稠化时间、对水泥石的力学性能和微观结构的影响,总结了纳米二氧化硅在高温条件下的性能表现,探讨了纳米二氧化硅在固井水泥浆的应用中存在的问题、面临的挑战以及未来的发展方向,以期对纳米二氧化硅在固井领域的应用和发展有所帮助。     

磁化添加剂水泥浆体系应用研究

根据对添加剂水泥浆体系磁处理后的流变性和其它性能试验研究以及应用机理分析，通过五个地区、三十五个水泥浆配方的现场磁化试验资料对比，得出磁化添加剂水泥浆体系能强化添加剂的作用效果、明显改善水泥浆流变性能，从而提高固井质量。     

水玻璃-纳米二氧化硅复合聚氨酯注浆材料性能试验

针对传统水泥砂浆在微裂隙注浆时难以灌入和纯聚氨酯浆液成本高、压缩强度低的问题,以水玻璃和纳米二氧化硅为主要原料制备水玻璃-纳米二氧化硅复合聚氨酯注浆材料,并通过正交试验和条件试验考察纳米二氧化硅、催化剂、水玻璃添加量对复合聚氨酯材料凝胶时间、最高反应温度、压缩强度等性能的影响。结果表明,纳米二氧化硅、催化剂、水玻璃添加量对复合聚氨酯材料压缩性能影响大小顺序均为纳米二氧化硅催化剂水玻璃,最佳添加量组合分别为2%、0.16%、12%,压缩强度最高可达15.427 MPa,同时分析了二氧化硅、催化剂、水玻璃添加量对聚氨酯注浆材料性能的影响规律和作用机理。在最佳配比下,复合聚氨酯浆液堵水率54.80%~68.44%,封堵效果较好,且具有成本低、性能好的优点,可经进一步优化后作为新型注浆材料。     

纳米二氧化硅改性及其应用研究进展

纳米二氧化硅是一种应用非常广泛的无机纳米材料,被用于涂料、塑料和橡胶等众多领域.但纳米二氧化硅的比表面能较高,很容易发生团聚现象,且与有机相相容性差,所以需要对纳米二氧化硅进行表面改性.将改性后的纳米二氧化硅应用到塑料、涂料和橡胶等材料中可以提高其综合性能.对近年来纳米二氧化硅的改性和应用进行了综述,并对纳米二氧化硅应用的前景进行了展望.     

纳米二氧化硅对再生骨料混凝土性能影响的研究

再生骨料混凝土是一种环保材料,然而由于再生骨料的固有缺陷,导致其很难在结构工程中推广应用。纳米二氧化硅作为一种混凝土辅助胶凝材料,已经在普通混凝土中得到了充分的研究,但其用于改性再生骨料混凝土的研究较少。利用万能试验机、扫描电镜及X射线衍射仪,从工作性能、抗压性能、抗拉性能和微观形貌等方面,分析了不同掺量纳米二氧化硅对再生骨料混凝土改性的影响,深入探讨了利用纳米二氧化硅对再生骨料混凝土进行改性的可行性。试验结果表明:纳米二氧化硅具有高活性和填充效应,促进了水泥的水化反应,对再生骨料混凝土早龄期抗压性能提升明显;此外,纳米二氧化硅由于其颗粒尺寸较小,填充了再生骨料的微裂纹和孔隙,降低了再生骨料混凝土的脆性,对再生骨料混凝土后龄期抗拉性能提升显著。值得注意的是,纳米二氧化硅具有团聚效应,需要采用减水剂和预拌的方法提升其工作性能,从而推广其适用性。     

复合型早强剂水泥浆体系研究

通过实验方法筛选出能提高固井质量和油井寿命的复合型早强剂水泥浆体系,保证了水泥浆形成早期强度,有效控制失水量,改善水泥浆流变性能,利于紊流顶替.经过现场试验证明该项研究成果完全能够满足现场施工要求和提高固井质量要求.     

纳米二氧化硅绝热材料研究进展

介绍了纳米二氧化硅的种类及基本特点,综述了纳米二氧化硅绝热材料的应用研究进展,讨论了影响纳米二氧化硅绝热材料绝热性能的因素,对纳米二氧化硅绝热材料的发展趋势进行了展望.     

大庆深层气井防窜水泥浆固井技术研究

针对大庆深井固井现状,研制出防气窜增韧水泥浆体系,提出与之配套的固井工艺技术。性能评价试验结果表明,该水泥浆体系防气窜性能良好,抗冲击功有显著提高。现场应用表明,采用该水泥浆体系并结合配套固井方案成功地解决了水泥浆因凝固失重及压裂带来的气窜问题,固井质量优质。     

深井高密度水泥浆防污染技术研究与应用

在深井钻井区域,高密度水泥浆遇到高密度钻井液均会发生污染,造成水泥浆流变性变差、顶替效率降低、井壁虚泥饼增厚而影响固井质量等固井问题,通过调节水泥浆性能、调配与水泥浆及钻井液相容性良好的隔离液、预处理大段钻井液等工艺措施,可有效减少钻井液对水泥浆的污染,降低固井施工风险,提高顶替效率,由此提高固井质量。通过现场试验证实,在深井、高密度钻井条件下,该技术可有效防止水泥浆污染,现场应用情况良好。     

汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-2孔防漏固井技术研究与应用

汶川地震断裂带科学钻探项目二号孔(WFSD-2)钻探施工过程中,地层破碎,坍塌、掉块严重,钻进过程中发生多次井漏。为防止固井过程中发生漏失影响固井质量,采用低密度防漏水泥浆常规单级固井工艺。经过多次水泥浆性能试验,调配出了既具有良好流动性、又具有触变性的低密度纤维防漏水泥浆配方。该低密度纤维防漏水泥浆体系在WFSD-2孔168.3 mm套管固井中施工顺利,应用效果良好。     

纳米二氧化硅表面改性的研究

用硅烷偶联剂KH-550、钛酸酯偶联剂NDZ-201和硬脂酸处理纳米二氧化硅,并对改性效果进行了比较。结果表明,硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂对纳米二氧化硅的改性效果明显优于硬脂酸,而硅烷偶联剂的修饰效果最好。硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅的最佳工艺条件为KH-550用量为4%,反应时间为2h,反应温度为110℃,此工艺条件下,亲油化度可达58.32%,吸水率可达3.03%,且分散稳定性良好。     

增韧防窜水泥浆体系的研究与现场应用

针对近年来吐哈油田发生的由于水泥石脆裂所导致油气水窜的问题,我们自主研制了增韧防窜剂,并与室内其它外加剂进行了配伍,优选出增韧防窜水泥浆体系。该水泥浆体系性能稳定,水泥石具有良好的韧性和弹性,防窜能力强,现场施工安全性高,能够满足水平井及小间隙固井要求。该水泥浆体系在水平井鲁平X井、小间隙井柯X井进行了试验应用,取得了良好的效果。     

粉煤灰制二氧化硅表面疏水改性机理研究

以粉煤灰为硅源制备的二氧化硅为原料,采用硅烷偶联剂KH560对其进行表面改性.结果表明:硅烷偶联剂与二氧化硅表面的羟基发生反应,纳米二氧化硅的分散性和表面疏水性大为提高.当mSCA/msibca为0.05、反应时间为6h,纳米二氧化硅的平均粒径最小,改性效果也最好;文中分析了硅烷偶联剂KH-560与二氧化硅的改性机理.     

绢云母质建筑外墙涂料

以绢云母质二维纳米薄片材料为添加剂,与建筑外墙涂料生产工艺结合,制备高耐侯性建筑外墙涂料。通过试验优化确定了高耐侯性建筑外墙涂料制备工艺条件及天然纳米薄片材料的添加量。纳米薄片材料对苯丙乳液和纯丙乳液的耐老化性能影响较大,对硅丙乳液的耐老化性能影响较小。通过加入纳米薄片材料,能大幅度改善涂料的耐侯性和耐沾污性,其他性能达到或超过GB/T9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》优等品的要求。通过施工应用,性能良好。     

溶胶-凝胶法制备纳米二氧化硅/甲基硅树脂杂化超疏水复合涂层的研究

采用溶胶-凝胶法,以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体制备纳米二氧化硅溶胶,用甲基三乙氧基硅烷(MTES)对纳米二氧化硅进行接枝改性,以甲基硅树脂为成膜剂制备了二氧化硅/甲基硅树脂杂化超疏水复合涂层.考察了二氧化硅平均粒径与甲基硅树脂含量对涂层性质的影响.测试结果表明,当二氧化硅平均粒径为382 nm,加入甲基硅树脂含量占总物料量的4％(质量分数)时,涂层具有均匀的外观和良好的疏水性,与静态水接触角可达151°.     

二氧化硅改性凹凸棒土/天然橡胶复合材料的研究

以提纯凹凸棒土表面负载纳米二氧化硅粒子（AS）作为补强剂,将其填充到天然橡胶（NR）中,制备了复合材料。采用透射电镜（TEM）观察了凹凸棒土的形貌,分析了复合材料的力学性能。结果表明,棒状结构的凹凸棒土表面分散了纳米级的二氧化硅,光滑的表面变得粗糙。随着AS含量的增加,复合材料的拉伸强度,补强系数先上升后下降。当AS添加量为1 g时,复合材料的性能最佳,AS41/NR硫化胶拉伸强度达26.10 MPa,比空白样品提高了70%。AS粉体可以提高天然橡胶复合材料的耐热性能,T5%和Tmax比纯天然橡胶分别提高了40~70℃和20℃。     

漂珠低密度水泥的研究与现场应用

详细介绍了漂珠低密度水泥浆体系性能特点,并研制了增强剂提高体系早期强度,利用填充效应理论改善水泥石渗透率、胶结强度和流变性能.现场应用证明:漂珠低密度水泥浆体系满足胜利油田固井低压漏失层、长封固段的固井要求,解决了低压漏失地区固井技术难题.     

冻结管外环形空间封堵用的缓凝水泥浆材料研究

针对全深冻结法施工中的冻结管与冻结孔之间的环形空间封堵问题,研发了一种缓凝水泥浆材料。通过研究缓凝剂对水泥浆凝结时间的影响规律,确定了缓凝剂的合理掺量。通过在缓凝水泥浆中掺加钠基膨润土和悬浮剂来控制缓凝水泥浆的沉淀性能,配制成了缓凝效果好、密度均匀、后期强度高的缓凝水泥浆材料,满足了现场施工对缓凝水泥浆性能的要求。该缓凝水泥浆材料应用于大海则煤矿立井冻结项目,效果良好。     

水泥砂浆在钻井井壁壁后充填中的应用试验研究

钻井井壁壁后充填固井需要充填浆液,传统的充填方式为水泥浆充填。但水泥浆充填,水泥消耗量大,成本高。信湖煤矿中央风井采用钻井法凿井,井筒第2段高壁后充填采用水泥浆和水泥砂浆2种材料,即用水泥砂浆替代部分水泥浆,达到了预期效果。简要介绍了水泥砂浆地面水平泵送试验及其与水泥浆性能对比试验和水泥砂浆壁后充填情况。     

综合评价固井顶替效率

目前广泛采用的数值模拟方法未考虑工作液间的化学不兼容性,实际上钻井液、隔离液、水泥浆相互接触后其物化性能都会发生明显变化,因此数值模拟方法存在很大缺陷。为科学评价固井顶替效率,选取钻井液、隔离液、水泥浆作为研究对象,分析了钻井液性能(钻井液的触变性、流变性、泥饼)、隔离液使用情况(隔离液用量、流变性、相容性)、水泥浆性能(水泥浆流变性、水泥浆稠化时间、水泥浆析水),建立了因素集、评价集、权重集,提出了固井顶替效率二级评价方法。通过实例分析发现,顶替效率二级评判方法能指导钻井液、隔离液、水泥浆的性能调节,有利于提高顶替效率;优先调节钻井液、隔离液、水泥浆中性能较差者能较明显提高顶替效率。