基于粉煤灰-矿渣胶凝增强材料的研究与应用

为解决固井低密度水泥浆体系早期强度低、与水泥配伍有偏差以及成本高等问题，以粉煤灰、矿渣为研究对象，使用XRF、XRD、SEM等检测手段对原材料的化学成分、比表面积及微观形貌进行表征，得出粉煤灰、矿渣颗粒级配分布密集的区域为0.36～89.34、1.56～39.91μm，比表面积为0.822、1.790 m²/g，且呈现出光滑且密集堆积的现象。通过对增强材料作用机理分析研究，以粉煤灰水泥浆体系的抗压强度为首要技术指标，优选出无机、有机增强材料，并完成各组分配比分析研究，确定增添材料的最优化加量，形成35%KZ+8%FMH+8%WK+3%NY+2%NS+6%CS的增强材料，制备了碱激发粉煤灰矿渣复合胶凝材料，研究了碱激发粉煤灰-矿渣复合胶凝增强材料在QZ、FMH水泥浆体系不同加量的反应进程、微观结构以及抗压强度的变化规律，评价综合性能，当QZ、FMH水泥浆增强材料加量至10%、9%时，其性能达到应用要求。初步现场应用7井次，固井封固井段合格率为100%，固井质量结果达到预期目标，增强材料应用效果良好。     

对新型地聚合物材料性能的研究探讨

文章介绍了一种新型胶凝材料——矿渣—粉煤灰型地聚合物材料的物理力学性能,对该材料的某些关键性能进行了试探性研究。研究表明:用水玻璃作为地聚合物碱激发剂,其激发效果不如纯N aO H好;最佳原料配比是:矿渣和粉煤灰之比为4∶6,碱激发剂的最佳掺量为10%;地聚合物在水中的养护温度应高于30℃;Ca2+阳离子对地聚合物的强度起着重要作用。该材料作为油井的固井水泥浆和隔离用的地下连续墙建筑材料,已获成功应用,但在石油地面工程建设其他方面的应用,尚需进一步的探讨。     

石膏材料与低碳经济

通过对石膏胶凝材料、水泥胶凝材料、石灰胶凝材料的生产对比,发现石膏胶凝材料能耗、CO_2排放量最低,石膏是一种绿色环保材料,低碳经济产品。     

矿渣MTC固化泥饼能力及其行为原因分析

矿渣MTC能不能实现泥饼的固化胶结,是否能提高第二界面胶结强度,对矿渣MTC的推广应用极其关键,为此系统比较了矿渣MTC水泥浆与油井水泥浆在没有泥饼、普通钻井液泥饼、多功能钻井液泥饼3种情况下的界面胶结性能,并对泥饼固化的原因进行了分析研究.实验结果表明,没有泥饼存在时,油井水泥浆的胶结性能明显优于矿渣MTC;普通泥饼存在时,水泥浆和MTC均不能得到令人满意的胶结性能;油井水泥浆不能使多功能钻井液泥饼固化胶结,而矿渣MTC能够实现多功能钻井液泥饼的固化胶结.结果还表明,泥饼固化的首要条件是泥饼中必须含有胶凝材料,由于普通泥饼中没有胶凝材料,所以不论是什么固井液都不能使其固化.而矿渣的活性是潜在的,只有被激活才能发挥胶凝性能,因此油井水泥浆无法与多功能钻井液泥饼发生同步的水化固化反应,只有矿渣MTC浆体与多功能钻井液泥饼相遇,才能既保证有胶凝组分的存在又具有足以激活矿渣水化的可溶性激活组分,从而有效实现泥饼的固化,提高固井质量.     

油气井用合成树脂胶凝材料研究综述

合成树脂作为一种完全不同于常规水泥的新型胶凝材料，体现出其独特的优势，成为近些年研究的热点。通过对合成树脂的种类及其优缺点、固化机理进行总结分析，提出了作为油气井胶凝材料的合成树脂的性能要求，并对国内外合成树脂胶凝材料的最新研究进行了全面综述。另外，针对油气井合成树脂胶凝材料的研究现状，探讨了其发展趋势。      

镁渣-粉煤灰-水泥复合胶凝材料的初步研究

以粉煤灰、镁渣等工业固体废弃物为原料,辅以适量的激发剂,制备成镁渣-粉煤灰-水泥复合胶凝材料,研究了镁渣的比表面积,镁渣/粉煤灰掺比对复合胶凝体系的凝结时间和力学性能的影响.研究表明,胶凝材料的强度随着镁渣的细度、镁渣比表面积的增大而增加,少量水泥能够有效地激发出钢渣-粉煤灰体系潜在的活性,单掺水泥的钢渣-粉煤灰体系最优配比为:钢渣/粉煤灰=5∶5,水泥掺量为15%,石膏为10%.     

新型多功能钻井液的配方设计

由于新型多功能钻井液兼顾钻井和固井两大功能 ,所以其配方设计应包括两个方面的内容 ,任何用于配制一般钻井液和其他硅质胶凝浆的原则和方法同样适用于多功能钻井液的配制 ,不同的是钻井、固井条件需要不同的多功能钻井液配方。多功能钻井液必须含有潜胶凝成分 (浓度较小 )和能把钻井液转化为胶凝浆的第二组分 (激活剂、膦 /磷酸、膦 /磷酸盐或高分子聚合物 )。可以通过添加其他添加剂来调节浆体性能。多功能钻井液密度可直接用矿渣或金属化合物来调节 ,高浓度的潜胶凝材料不但提高了浆液密度 ,也决定了凝胶浆固化体的密度。如果加入了密度…     

改性矿渣MTC堵水技术的应用

普通水泥颗粒表面静电荷具有很大的表面相互作用,再加上失水增粘的影响,形成的颗粒有效尺寸远大于颗粒桥堵所需尺寸,影响注入深度.矿渣细度比标准普通水泥小,在水化前相互之间无作用力,能够进入到较小的孔道中,是一种比较好的挤水泥材料.根据紧密堆积理论,在矿渣MTC浆中加入微细材料PZW等进行改性.对改性矿渣MTC浆静胶凝强度、抗压强度、渗透率、失水、流变性、触交性及注入能力评价及现场应用表明,改性矿渣MTC浆具有良好的流变性,注替压力容易控制,静止时易形成胶凝状态,可快速封堵水层;性能易调节,初终凝时间可根据设计和施工要求任意调整;过渡时间短,强度发展快,可避免水蚀;渗透率小,堵水效果好;堵水工艺简单,成本低,成功率高.     

用三种工业废料配制低密度水泥浆

利用工业废料高炉矿渣为水化材料，粉煤灰和空心漂珠为减轻材料，配制１３０～１６０ｇ／ｃｍ３密度范围的低密度系列水泥浆。以性能优良的碱性活化剂ＢＥＳ—１，活化高炉矿渣、粉煤灰和漂珠的潜在活性，使其形成满足固井质量要求的胶凝体。该系列具有“水泥”石抗压强度高，密度低，体系稳定，初终凝时间短，成本低廉等特点，开发了固井的新材料。     

固井用隔离液材料对界面胶结质量的影响

优良的固井界面胶结质量是防止环空气窜的关键性保障之一。围绕固井用隔离液研究存在的诸多技术难题,利用X衍射和扫描电镜测试等方法,开展了矿渣、重晶石等不同固相材料形成的隔离液对固井界面胶结质量的影响评价,并从界面胶结机理的角度,对不同材料影响的实质进行了分析。结果表明:含有矿渣类水硬性材料的前置液与钻井液的相容性良好,提高了固井二界面的胶结强度,而含有重晶石等惰性材料的前置液对界面胶结强度的提高作用不明显;含有矿渣类水硬性材料的前置液能够显著地抑制被前置液污染后水泥石抗压强度的衰退;在界面处矿渣类水硬性材料与水泥发生水化反应,降低了界面处氢氧化钙的含量,而且生成胶凝材料填充界面胶结的空隙,从而提高了界面胶结质量。研究结果为川渝油气田固井用隔离液的评价及优选提供了支撑,为固井质量的提高提供了重要参考。     

复合膨胀剂对掺矿渣油井水泥性能的影响

针对普通油井水泥固井存在水泥浆高失水和水泥凝固过程中的体积收缩等问题，研究了G级油井水泥-矿渣-复合膨胀剂三元复合胶凝材料的膨胀与强度的协调性。通过汞压入法（MIP）和扫描电镜（SEM）等现代测试方法对矿渣油井水泥的水化硬化特性和机理进行了研究。试验结果表明，矿渣对改善G级油井水泥膨胀性能和力学性能有利；掺入煅烧MgO，在80 ℃水浴养护下，可得到比较理想的自生体积膨胀变形率，用限制膨胀来补偿水泥的限制收缩；掺钙镁复合膨胀剂，能改善矿渣油井水泥的微观结构，使得结构致密，抗压强度相应增加，可制备高性能膨胀油井水泥。     

高水材料用于油井堵水的室内研究

高水材料是一种新型水硬性无机胶凝材料,水灰比高达3.0。通过实验研究了实验温度、高水材料及颗粒型堵剂配比对高水材料复合堵剂性能的影响,得出了高水材料复合堵剂的基本配方,并对堵剂的基本性能进行了测试。由于高水材料堵剂固化前流动性好,固化后强度高,且易解堵,可用于油井的堵水。     

高炉水淬矿渣结构特性及水化机理

高炉水淬矿渣作为泥浆转化为水泥浆技术中的主体材料，已引起广泛重视并获得初步成功。本文叙述了矿渣的形成、结构形态、化学组成、水化活性与激活剂、碱激活矿渣的水化机理及水化产物等。     

聚氧化乙烯胶凝剂的应用及增稠性能评价

以聚氧化乙烯为胶凝剂,20％盐酸为溶剂,以及其他助剂,制得胶凝酸体系。考察了除氧剂、交联剂及加量对胶凝酸体系粘度的影响,结果表明,聚氧化乙烯胶凝剂与其他添加剂具有良好的配伍性,具有良好的增稠效果。确定了可用于高温酸化的胶凝酸体系配方：聚氧化乙烯胶凝剂加量（质量分数,下同）为0．8％,除氧剂为0．1％Na2SO3＋0．02％MnSO4,苯酚交联剂加量为0．1％,其余为20％盐酸。     

高炉矿渣激活剂BES-1

通过分析BES-1激活后高炉矿渣水泥浆的流变性、析水、初、终凝时间、相容性等性能,表明BES-1能激活矿渣活性,提高矿渣浆“水泥石”抗压强度,改善矿渣浆流变性。用BES-1配制的矿渣浆体稳定性好,析水量小,与G级早强水泥浆相容性好,能安全用于低密度水泥浆固井。BES-1最佳加量为4％。     

纳米封堵剂性能评价及现场应用

纳米封堵剂主要由无机纳米材料和胶凝材料组成。室内性能评价表明,纳米封堵剂颗粒微细均匀,浆液耐温,耐矿化度,流变性能好,堵剂固化后微观结构致密,抗压强度高,封堵率达99．9％。纳米封堵剂现场应用范围宽,应用效果显著,是解决各种类型疑难油水井化学封堵的一项新技术。     

特低密度水泥浆室内实验研究

在油田低压易漏地层使用密度１．４０—１．６０ｇ／ｃｍ３的低密度水泥浆固井时，有时仍会发生返高不够的问题。为此设计了密度１．２０—１．４０ｇ／ｃｍ３的特低密度水泥浆。该体系以密度较小的高炉水淬矿渣为水化材料，漂珠为减轻外掺料，膨润土为稳定剂，用碱性激活剂激发矿渣和漂珠的活性，使体系形成胶凝体。该水泥浆具有密度低、稳定性好、抗压强度高、材料费用低等特点，流变性和稠化时间均能满足非产层填充环空和支撑套管的固井施工要求。     

紧密堆积理论优化的固井材料和工艺体系

常规固井水泥浆在混合和泵送顶替时的最优性能与长期层间封隔水泥环柱所要求的力学性能总是矛盾的,在密度低或高时矛盾更加突出,粉末技术和钠米材料以及微细颗粒大小分布测试技术的发展,促进了材料力学的发展材料科技工作除关注化学键力的开发外,更注意颗粒间范德华力的开发,并发现紧密堆积理论是获得高性能固井材料的关键,利用紧密堆积理论与颗粒大小分布技术,使微细胶粒凝颗粒挤入材料的空隙,材料的胶空比大幅度降低,提高颗粒间的范德华力,从而创造出了新一代高性能胶凝材料,但用于紧密堆积的微细胶凝颗粒应是水化膜薄,外形呈球形,具有较好活性的颗粒,介绍了线性堆积密度模型以及二元系统的最大堆积密度与微细胶凝材料直径的关系,提出二元系统最大堆积时微细胶凝材料的体积分数为0.18-0.27,对于密度与水泥相近的微细胶凝材料,其最佳掺量为18%-27%,指出二元充填微细胶凝材料的尺寸应在被填充材料颗粒尺寸的1/2.5至1/10范围内;提出了干混材料堆积体积分数（PVF）的概念,PVF值越高,水泥浆性能越好,新一代高性能固井材料包括低密度高性能水泥浆,常规高性能水泥浆,高密度高性能水泥浆,微矩阵水泥和微细优化水泥,介绍了新型固井材料性能的优化设计以及与微细优化水泥相应的新的固井工艺-超低速挤注。     

矿渣MTC固化物力学性能研究

通过室内试验，从微观结构方面分析了矿渣MTC固化物在高温下易脆裂的原因，并提出了具体的改善措施和脆性判断标准。通过室内试验得出了矿渣MTC浆体的抗压强度随温度的衰退规律和静胶凝强度的发展规律。室内试验结果还表明：矿渣MTC固化物的抗腐蚀性能、动态力学性能和抗冲击性能与常规水泥相当，可以满足深井固井要求。     

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钻井液转化为水泥浆技术，是在钻井液中添加某些胶凝材料和外加剂将其转变成水泥浆直接用作固井材料的新型固井方法。在钻井过程中钻井液承担着冷却润滑钻头，携带岩屑，平衡地层压力，稳定井壁的任务。如果在完成钻井后将钻井液通过一定的方法转化为可固结的材料———固井液，就能达到封隔地层、支撑套管、防止层间流体窜通的目的，这种技术又称为ＭＴＣ（ＭｕｄｔｏＣｅｍｅｎｔ）技术。文中从油气井开发提高效率、降低费用的技术要求出发，论述了采用ＭＴＣ技术是一条可行的路子。实验研究得出用油井水泥，粒化高炉矿渣共同作为胶凝材料，优选合适的分散剂和促凝剂，提出了普通钻井液和聚丙烯酰胺低固相钻井液转化为水泥浆体系的优化配方。这种兼有钻井液和固井液作用的技术，能避免钻井液和水泥浆混合时发生的絮凝现象，提高环空顶替效率，降低废钻井液处理费用，减少固井材料，因而在提高固井质量和降低成本上有很大的潜力，可供生产部门参考