硅烷偶联剂改性橡胶粉对固井水泥浆性能的影响

橡胶粉表面亲水性差,直接应用于油井水泥中使用效果差。采用硅烷偶联剂对橡胶粉进行改性处理,研究了不同硅烷偶联剂改性橡胶粉的表面基团变化,并评价了不同硅烷偶联剂改性橡胶粉在油井水泥浆中的使用效果。同时,研究了改性橡胶粉对固井水泥浆性能的影响,并对橡胶粉水泥石微观形貌进行观察。结果表明,使用硅烷偶联剂KH570对橡胶粉改性效果最好。掺入改性橡胶粉后,对水泥浆流变性有一定的影响,对水泥浆稠化时间影响较高,同时降低了水泥浆的失水量。与未掺橡胶粉水泥浆相比,随着橡胶粉加量增多,抗压强度下降,抗折强度和抗冲击强度先增大后减小。当橡胶粉掺量为2%时,抗压强度下降5.1%,而水泥石抗折强度和抗冲击强度分别提高15.5%和10.8%。含有6%橡胶粉水泥石的弹性模量比无橡胶粉水泥石下降48%。微观形貌表明橡胶粉颗粒较好的填充在水泥石内部,这有利于提高水泥石抵抗外部载荷作用的能力。     

碳纤维与胶乳液协同作用对固井水泥浆力学性能的影响

为提高水泥石在井下抵抗外部载荷破坏的能力,需要对油井水泥材料增强增韧,碳纤维和胶乳液是油井水泥常用的改性材料.为研究碳纤维与胶乳液协同作用对水泥浆力学性能的影响,通过在水泥浆中加入不同配比的碳纤维和胶乳液,测试了水泥浆常规性能和力学性能,并使用扫描电镜对水泥石的微观结构进行观察.试验表明,相比较单掺碳纤维和单掺胶乳液的水泥石,两种材料协同作用水泥石力学性能提高.在0.2％碳纤维和1％胶乳液加量协同作用下的水泥石抗压强度、抗折强度、抗冲击强度分别为35.44 MPa、11.15 MPa、2.08 kJ/m2,弹性模量达到5.8 GPa.通过扫描电镜观察可以发现,胶乳的网状结构和碳纤维的桥接作用综合提高水泥石性能,有效的控制了水泥石微裂隙的发展,从而提高水泥石的力学性能.     

针状硅灰石微粉改善固井水泥浆性能研究

油井水泥是一种脆性材料,其抵抗外力破坏的能力较差,不利于油气井开发.为解决这一问题,研究了一种兼有矿物微粉和纤维特性的硅灰石微粉对油井水泥性能的影响,评价了不同加量的针状硅灰石微粉水泥浆的常规性能、抗压强度、抗折强度、抗冲击强度,并测试了水泥石应力-应变曲线,最后使用扫描电镜对针状硅灰石微粉水泥石微观形貌进行观察.研究结果表明,与纯水泥浆相比,硅灰石微粉加量在0.5％～4％时,流变影响最大时流变仪300转读数大于300,稠化时间最大缩短18 min,失水量最大下降13 mL,养护1 d水泥石气体渗透率最大下降38.3％.养护28 d后,加入4％硅灰石微粉的水泥石较空白水泥石的抗压强度、抗折强度、抗冲击强度分别提高了17.6％、20.9％、21.1％.加入3％硅灰石微粉的水泥石弹性模量比空白试样降低约26.9％.针状硅灰石微粉在水泥石中分散,在水泥石内部形成"搭桥"作用,可在一定程度上阻止水泥石裂纹发生和扩展,起到增强水泥石力学性能的作用.     

韧性高胶结固井水泥浆体系研究

为保障油气井水泥环长期密封完整性,室内研究了增韧纤维、膨胀剂、胶乳液三种功能材料,同时研究了降失水剂、分散剂、缓凝剂添加剂,构建了韧性高胶结水泥浆体系,并对水泥浆体系性能进行评价。实验结果表明,增韧纤维、膨胀剂PZ-1和胶乳液可以提高水泥石的抗冲击强度,增大水泥石膨胀率,改善水泥石的胶结强度和韧性性能。降失水剂SSR、分散剂FSA和缓凝剂HNA能改善水泥浆的失水量、流变性和稠化性能。使用这些添加剂构建的韧性高胶结水泥浆流变性好,失水量低,稠化时间满足要求,抗压强度较高,同时水泥浆具有较好的韧性和高的胶结强度。研究成果可为复杂油气井固井作业提供技术支持。     

多元复合弹韧性固井水泥浆体系研究

页岩气、致密气等复杂井对水泥石弹韧性要求高,单一材料无法从多途径改善水泥石力学性能。为开发高效弹韧性水泥浆体系,分别研究碳纤维、胶乳液和橡胶粉对水泥石力学性能的影响,评价了掺入不同弹韧性改性材料对水泥石弹性模量和抗冲击强度的影响规律,并以不同弹韧性材料复合构建多元复合弹韧性水泥浆体系,对其性能进行评价。结果表明,碳纤维对水泥石韧性提高最大,橡胶粉可大幅度提高水泥石弹性,胶乳的作用效果介于碳纤维和橡胶粉之间。以3种弹韧性材料构建的多元复合弹韧性水泥浆体系失水量小于50 mL,稠化时间3～5 h,抗压强度大于26 MPa,弹性模量4.8 GPa,抗冲击强度达到2.2 kJ/m2,抗折强度大于8 MPa,弹韧性水泥石力学性能优异。应力应变行为分析表明,当水泥石遭受压应力时,弹韧性水泥石弹性特征明显,形变能力更强。研究成果可用于大规模压裂井等复杂井固井作业。     

C级油井水泥在深水固井中的应用前景

针对深水表层固井存在的低温、水泥石强度发展缓慢、浅层流、易漏失等难点,本文对深水固井水泥浆体系中油井水泥的选择进行了相关研究。与G级油井水泥相比,C级油井水泥更容易配制低密度水泥浆,低温条件下水化速度更快,水泥浆稠化时间短,水泥石抗压强度更高。     

有机硅消泡剂在油井水泥浆中的性能研究

以油井水泥浆的密度恢复率为评价指标,对有机硅消泡剂SK-1进行了性能评价,讨论了SK-1对不同体系的水泥浆的稠化性能、抗压强度、流变性能的影响.结果表明,SK-1在油井水泥浆中具有优良的消泡效果,能使水泥浆的密度恢复90%以上,最佳用量为水泥质量的0.15%～0.2%;加入SK-1不但能显著提高常规密度水泥石和低密度水泥石的抗压强度,而且能增加水泥浆的流动性,对常用水泥浆体系的稠化性能没有不利影响,有利于提高固井质量.     

丁苯胶乳水泥的制备及性能研究

针对油田中后期开发面临的固井水泥环受腐蚀、脆性破裂的问题,采用水泥石抗硫化氢腐蚀性分析、试件抗压强度实验,对胶乳改善水泥石的抗腐蚀性进行了研究,实验主要是测定不同胶乳加量下的胶乳水泥性能和水泥石的抗压强度以及相同胶乳加量下在不同温度和不同腐蚀浓度下的胶乳水泥性能和水泥石的抗压强度。实验结果表明,胶乳水泥石比普通水泥石抗腐蚀能力明显提高;随着水泥浆中胶乳加量增加,其失水量降低,水泥石的抗压强度却略有降低,抗折强度略有增高。胶乳的加入使水泥石的性能有了很大的提高,能比较好的解决油田上中深井的抗腐蚀性能。     

碳纳米管的掺入对油井水泥浆性能的影响

碳纳米管(CNS)具有很高的机械强度和较好的韧性,可用于提高井筒水泥环的力学性能,本文主要研究碳纳米管的掺入对油井水泥浆(石)性能的影响.首先针对碳纳米管在水性体系中的分散性进行了研究,对比了四种分散剂的分散效果;通过测定不同剪切速率下的表观粘度,研究分散剂掺量/CNS掺量对碳纳米管复合水泥浆的流变性的影响;研究了不同掺量CNS对水泥石抗压强度和抗折强度的影响规律,并通过微观结构分析进行了解释.试验结果表明:四种分散剂中,阿拉伯胶对碳纳米管的分散效果最好;当分散剂/碳纳米管为3时,碳纳米管复合水泥浆的流变性最好;当碳纳米管掺量0.1％时,碳纳米管复合水泥石的抗压强度和抗折强度分别提高21.1％和37.1％.     

超细"G"级油井水泥低温低密度水泥浆研究

针对海洋深水低温、破裂压力低等特点,通常要采用低密度水泥浆来封固深水表层;低温环境下普通"G"级油井水泥水化速度缓慢或几乎不进行水化反应,水泥石早期抗压强度低且发展缓慢。为有效降低现场候凝时间,节约深水作业成本,开发了一套适用于深水表层固井用超细"G"级水泥用低温低密度水泥浆。对水泥浆体系的设计原理与水泥浆组分进行了论述,并对该水泥浆体系在深水环境下的性能进行了评价,和中海油服现场在用的普通"G"级油井硅酸盐水泥浆体系进行了对比。结果表明,超细"G"级水泥低温低密度水泥浆体系在低温环境下具有较高早期强度、低失水量以及良好的流变性和稠化性能,其中密度为1.40g/cm~3及1.44g/cm~3的水泥浆在10～13℃温度下的稠化时间≥8hr,API失水70m L,1.40g/cm~3水泥石在10℃及13℃温度下养护24h后的抗压强度可达到3.9MPa及5.4MPa;1.44g/cm~3水泥石在10℃及13℃温度下养护24h后的抗压强度可达到5.8MPa及8.3MPa。同等水泥石密度及温度下,超细"G"级水泥石24h强度较中海油服在用的普通"G"级油井硅酸盐水泥石强度提高40%以上。     

小井眼固井水泥浆体系的室内研究及性能评价

基于纤维增韧技术和颗粒级配原理,选择性能良好的降失水剂、分散剂以及其他外加剂,并利用膨胀剂的微膨胀作用,成功配制出高、中、低密度小井眼水泥浆配方,并对其进行性能评价。结果表明,小井眼固井水泥浆流变性好,滤失小,浆体稳定性高,防窜能力强,稠化时间可调,呈近似直角稠化,水泥石抗压强度高,抗冲击韧性和抗折强度高,弹性模量低,且具有良好的界面胶结强度,能够满足小井眼固井要求,对小井眼固井水泥浆体系的设计以及小井眼固井实践有着重要意义。     

基于建筑施工造价管理的碳纤维复合材料开发与应用

基于建筑施工造价管理需要对建筑工程用碳纤维进行了表面改性处理,研究了碳纤维掺量和碳纤维长短对复合材料抗压强度和抗折强度的影响。结果表明,碳纤维与 SiO₂涂层改性碳纤维掺量对水泥基复合材料强度的影响趋势相同,即水泥基复合材料的抗折强度随着碳纤维掺量或者碳纤维长度增加逐渐增大,而抗压强度随碳纤维掺量增加先增大后减小,在碳纤维或 SiO₂涂层改性碳纤维掺量达到 0.6% 时取得抗压强度最大值。相同纤维掺量和相同纤维长度前提下,SiO₂涂层改性碳纤维对水泥基复合材料的改善效果优于未改性的碳纤维。涂层改性碳纤维和碳纤维增强水泥基复合材料的破坏机制都为纤维拔出破坏和断裂破坏,但是 SiO₂涂层改性碳纤维与基体的粘合力更强而造成拔出破坏更为显著。     

碳酸钙晶须改善固井水泥浆性能研究

随着油气勘探向深部地层和低渗透油气藏的延伸,对固井水泥浆性能尤其是水泥环的力学性能提出了更高的要求.针对目前固井用纤维所存在的问题,研究了碳酸钙晶须这一无机矿物纤维对固井水泥浆性能的改善作用.实验包括:①晶须水泥浆的流变性和失水量等常规工程性能;②晶须水泥石的1d、3d、7d、14d和28 d抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度,使用6265型机械性能测试仪,在不破坏水泥试样的情况下测试了水泥石的抗压强度和杨氏模量发展;③使用5265型静胶凝强度测试仪,测试了水泥浆的静胶凝强度发展,以评价其防气窜性能;④晶须水泥石的孔径和渗透率测试;⑤用扫描电镜对水泥石微观形貌进行观察,探讨了增强机理.结果表明:①晶须水泥浆工程性能良好;②碳酸钙晶须显著改善水泥石的力学性能,晶须加量为10％时,水泥石28 d抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度提高33.34％、45％和39.28％;③碳酸钙晶须水泥杨氏模量发展稳定,静胶凝强度发展迅速,防气窜性能良好;④晶须加量为10％时,孔隙度较空白试样降低23.4％,渗透率下降14.3％;⑤增强机理在于碳酸钙晶须的桥联、控制微裂纹产生和扩展及纤维拔出耗能作用,减缓裂纹的产生和延展.     

短切碳纤维混凝土的力学强度实验与分析

为探究短切碳纤维对混凝土力学强度的影响机制,以C40和C50矿渣水泥混凝土为研究对象,考察了短切碳纤维长度和掺量对混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度的影响规律,特别是与不掺纤维混凝土的强度对比.实验结果表明,碳纤维的加入可使混凝土的力学强度有不同程度的提高,其中以抗折强度的增长最为明显,劈拉强度次之,而抗压强度比的增幅相对最小,在高纤维掺量时抗压强度甚至低于不掺纤维混凝土;纤维长度的增大对混凝土的力学强度增长更为有利,在低强度等级(C40)混凝土中的表现更为明显.力学分析认为,随机分布的短切碳纤维可显著提高混凝土对劈裂或弯折式破坏的抵抗作用,但对受压时所发生的剪切式破坏却难以发挥明显效果.     

石英砂细度和掺量对G级油井水泥浆体系性能的影响

通常G级油井水泥石在高温环境下(≥110℃)易出现强度倒缩,可加入SiO₂≥95%的石英砂作为高温强度衰退抑制剂。本文通过室内综合试验研究,测试了不同细度、掺量的石英砂对G级油井水泥石强度及浆体综合性能的影响,分析了水泥石的形貌结构和水化产物。结果表明：掺入30%～35%的石英砂(粒径80μm筛筛余10%～15%)可使其水泥石中高温水化产物的钙硅比降低至1.0,达到防止油井水泥石在高温下强度衰退的目的,但当温度由160℃升高至180℃时,水化产物雪硅钙石转化成硬硅钙石使其加砂油井水泥石强度降低,故可将160℃作为一个临界衰退点。以粒径80μm筛筛余10%～15%、掺量30%的加砂油井水泥为基准材料,与外加剂配伍设计了一套抗高温油井水泥浆体系配方,其水泥浆各项性能指标均能满足油田技术指标,可为后期抗高温水泥浆体系设计提供依据。     

短碳纤维的分散性与CFRC复合材料的力学性能

碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)是新发展起来的一种功能材料,制备CFRC复合材料过程中,碳纤维在水泥基体中的分散性直接影响CFRC复合材料的力学性能。借助超声波和分散剂羟乙基纤维素(HEC),实现了短碳纤维在水泥基体中的均匀分散。对所制备的CFRC复合材料的断口形貌,作了SEM观察和能谱分析;测试了试件的抗压强度和抗折强度。结果发现,水灰质量比为0.44,碳纤维均匀分散,其质量掺量为0.6%时,复合材料的抗压强度可提高20%,抗折强度提高129%。     

玄武岩纤维水泥基灌浆料力学性能研究

本文通过在硅酸盐水泥基灌浆料中掺入不同长度及掺量的短切玄武岩纤维,研究其对灌浆料力学性能的影响。试验结果表明:短切玄武岩纤维的掺入,灌浆料的流动度从336 mm降至260 mm,但灌浆料各龄期的抗折强度及抗压强度均得到了提升,早期抗折强度提升最为明显。短切玄武岩纤维在水泥基灌浆料中的最佳掺量为0.15%,最佳长度为9mm,抗折强度和抗压强度分别可以达到17.6 MPa和85.4 MPa。     

常用外掺料对G级油井水泥体积稳定性及力学性能的影响*

针对G级油井水泥浆体体积收缩问题,对比研究了两种常用外掺料(矿渣和石英粉)对水泥浆体体积稳定性及力学性能的影响,并利用等温量热仪(ICC)、X射线衍射仪(XRD)、压汞仪(MIP)和扫描电镜(SEM)分别测试了两种外掺料对水泥水化放热速率,水泥水化产物、孔结构及水泥石微观形貌的影响。结果表明:80℃下水泥净浆体积收缩主要发生在水化早期,对应水泥石早期抗压强度、抗折强度增长迅速;掺入30%比表面积为340m2/kg的矿渣部分改善浆体体积收缩,150d线收缩率较净浆减小32%,早期抗压强度、抗折强度减小,后期强度增大并超过净浆;掺入30%比表面积为710m2/kg的石英粉加剧了浆体体积收缩,150d线收缩率较净浆增大40%,早期抗压强度、抗折强度远低于净浆及掺30%矿渣水泥。长期水养后部分超细SiO2参与反应,加之细颗粒的填充作用使其150d力学强度超过净浆及掺30%矿渣水泥,即水泥石力学强度不仅与外掺料活性有关,还与其粒径分布和养护龄期密切相关。     

DZF-1防漏增韧水泥浆体系研究与应用

针对大庆油田低压易漏井固井及油井后期射孔、压裂等增产措施造成的水泥环脆裂问题,研发了DZF-1防漏增韧水泥浆体系,应用聚能射孔模拟试验方法研究分析了水泥石各种力学性能(抗折强度、抗冲击功、弹性模量),阐述了纤维材料对提高水泥石韧性和防漏作用机理。现场试验表明,DZF-1防漏增韧水泥浆体系具有良好的防漏堵漏、增韧和抗冲击作用,水泥浆各项性能满足了固井施工的技术要求。     

DZF-1防漏增韧水泥浆体系研究与应用

针对大庆油田低压易漏井固井及油井后期射孔、压裂等增产措施造成的水泥环脆裂问题，研发了DZF-1防漏增韧水泥浆体系，应用聚能射孔模拟试验方法研究分析了水泥石各种力学性能（抗折强度、抗冲击功、弹性模量），阐述了纤维材料对提高水泥石韧性和防漏作用机理。现场试验表明，DZF-1防漏增韧水泥浆体系具有良好的防漏堵漏、增韧和抗冲击作用，水泥浆各项性能满足了固井施工的技术要求。