超细油井水泥性能研究及制备工艺探讨

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。     

低碳高强度超低密度油气井水泥浆的研制

针对长封段固井要求及后期进一步提高固井质量目的,常采用超低密度油气井水泥浆来封固。为满足超低密度油气井水泥浆技术要求,只能选用价格昂贵、优质的减轻材料进行配制,但水泥浆又普遍存在强度尤其是早期强度偏低、基材比例较高等问题。为此,本文选用一种平均粒径细、早期强度高的1#G级油井水泥为原料,优选膨胀珍珠岩为减轻材料,与粉煤灰、矿粉、硅灰等掺合料进行复配,同时采用合适油井水泥外加剂优化浆体性能,进而制备出一种高强度、低碳、低成本的超低密度(1.16 g/cm³)油气井水泥浆,并对水泥浆性能进行测试。结果表明,该体系水泥浆具有浆体强度高、沉降稳定性好、流动性好、稠化时间可调、失水量低等优异性能,各项技术指标均符合西北各油田项目部要求,并已在油田工程成功应用。     

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。     

油井水泥的粒度区间与其组成及性能的关系

从定量角度研究G级油井水泥不同粒度区间对其组成及性能的影响规律.对油井水泥进行精确分级后,测定不同粒度区间油井水泥的矿物、化学组成、微观结构和强度性能.油井水泥在分级过程中出现分相现象,细颗粒中C3S含量较高,粗颗粒中C2S含量较高.不同粒度油井水泥微观结构和强度性能差别大,细颗粒水化速度快,水泥石早期强度高,但后期发展不足;中颗粒水化速度适中,早期和后期强度均很高,G3水泥石比G级水泥3d抗压强度和抗折强度分别提高39.4％和25.7％;粗颗粒的水化程度低,强度发展慢.5～30 μm粒度区间对油井水泥的水化及强度的贡献较大,为指导G级油井水泥的生产和高性能复合固井水泥浆的制备提供理论依据.     

温度对新拌水泥沥青浆体流动性和水化速率的影响

研究了温度对不同沥青含量的新拌水泥沥青浆的流动性和水化速率的影响,以揭示该类复合胶凝材料流动性和水化速率的温度敏感性规律。在0,20℃和40℃下测量浆体的扩展度,获得了流动性随温度变化的基本规律。通过测定新拌浆体凝结硬化过程中半绝热温升来研究温度对水泥水化过程的影响。结果表明:随温度的降低,水泥水化速率下降,浆体初始流动性和流动保持性增强;随沥青掺量的增大,初始流动性和水化速率的温度敏感性降低,流动保持性的温度敏感性增大;含阳离子乳化沥青的浆体初始流动性、流动保持性以及水泥水化延缓程度受温度的影响均大于含阴离子乳化沥青的浆体。水泥水化、乳化沥青在水泥颗粒表面的吸附以及沥青的破乳是决定新拌水泥沥青浆流动性的关键因素。     

短切碳纤维对油井水泥基复合材料性能的影响

为保证油气井固井长期封固的有效性,需要在油井水泥基材料中添加增强增韧材料改善水泥浆性能。针对短切碳纤维对油井水泥基复合材料性能的影响,研究了短切碳纤维加入到油井水泥基材料中的流变性、稠化时间、失水量以及抗压强度、抗折强度和抗冲击强度,最后对碳纤维水泥石微观形貌进行观察。实验结果表明,碳纤维对水泥浆流变性和稠化时间影响较小,对水泥浆施工无不利影响,碳纤维的加入可以有效降低水泥浆的失水量;在0.4%碳纤维加量范围内,水泥石的抗压强度、抗折强度、抗冲击强度随着碳纤维加量增大均有不同程度的增大。养护28 d后,0.4%碳纤维水泥石的抗压强度、抗折强度、抗冲击强度较空白水泥石分别提高19.1%、34.4%、21.1%;短切碳纤维水泥浆凝固形成水泥石后,纤维通过粘结力和机械咬合力限制水泥试件中局部裂缝的扩展,同时也消耗水泥石破坏能量,从而增强力学性能。研究结果为碳纤维在油井水泥基材料中的应用提供借鉴与参考。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

高温条件下G级油井水泥原浆及加砂水泥的水化和硬化

利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了80～240℃温度范围内温度、硅砂对G级油井水泥水化硬化的影响,检测和分析了硬化体的水化产物、微观结构和强度,揭示了水化产物组成、微观结构及硬化体抗压强度的变化特点.结果表明:当养护温度超过110℃时,不添加硅砂的水泥原浆的主要水化产物由CSH(Ⅱ),C2SH2,C3S2H3转变为C2SH,硬化体微观结构由三维网络状结构转变为板快状或团块状结构,原浆水泥石抗压强度随温度升高而降低;在相对较高的温度条件下,添加硅砂的水泥主要水化产物则分别转变为C5S6H5,C6S6H(>150℃),C5S5A0.5H5.5,C3.2S2H0.8及其他类型的水化硅酸钙晶体,硬化体的微观结构相应地变为纤维网状、粗框架、短平行针状及团块状,在温度为100～150℃范围时,添加硅砂的水泥硬化体抗压强度随温度升高而增加,而在温度为150～240℃范围时.抗压强度随温度升高而降低.对于温度超过120℃的深井,合理的硅砂加量为30%～40%.     

油页岩半焦作为水泥混合材的可行性研究

选取4种热解温度(300 ℃、400 ℃、500 ℃、600 ℃)半焦,通过扫描电镜(SEM)对油页岩半焦的微观结构进行分析,然后采用油页岩半焦等质量(0%、5%、10%、15%、20%、25%)替代水泥,测试标准稠度需水量、胶砂流动度和不同龄期的水泥胶砂的抗折、抗压强度。结果表明:油页岩半焦呈层片状、且表面多孔,随着热解温度的升高,微孔和小孔数量逐渐减少,中、大孔数量增加;掺入油页岩半焦会增加水泥标准稠度需水量,降低胶砂流动度,半焦替换量和水泥标准稠度需水量之间存在较强的线性关系;随着油页岩半焦热解温度的升高,水泥胶砂抗折和抗压强度先增大后减小,在500 ℃时力学性能达到最佳;随着油页岩半焦替换量的增加,水泥胶砂抗折和抗压强度都逐渐降低,当油页岩半焦替换量为15%时,500 ℃热解半焦水泥胶砂56 d力学性能与P·Ⅰ 42.5基准水泥胶砂接近。     

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28 d强度越高。粒径小的熟料碱含量、SO3含量更少,CaO含量更多;同时粒径小的熟料的阿利特,特别是M1型阿利特的含量更高。如果能通过调整,控制熟料粒径在合适的范围,对其使用性能的提升会有很大帮助。     

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。