《浅论高温高压下高密度水泥浆体系室内研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浅论高温高压下高密度水泥浆体系室内研究（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 浅论高温高压下高密度水泥浆体系室内研究 1加重材料粒径选择和级配比例设计加重剂是配制高密度水泥浆的必需部分，而铁矿粉又是加重剂中最为常见的种类。铁矿粉自身密度大，颗粒细小，与水泥浆体系不发生化学反应，物理化学性质稳定，按不同比例添加后可大幅度提高浆体密度，但是同时又会对浆体的流变、强度、沉降稳定性等主要性能产生影响，如何在保证性能优异的情况下，获得高密度乃至超高密度的水泥浆是研究的热点和难题。对于密度不大于2.303的加重水泥浆，选用粒度较细的铁矿粉（800目、1200目）容易获得较好的水泥浆性能。而单独使用粒度较粗的铁矿粉（400目以下）则很难得到性能良好的水泥浆。对于密度大于2.303的
2、加重水泥浆，将高低目数不同粒度的铁矿粉进行复配，得到特殊的粒径分布，发挥填充作用，获取的更佳的性能，同时节约成本。以密度为2.103的不同目数赤铁矿粉的颗粒级配实验（200目和1200目复配）为例。相同的实验方法得到其他不同目数的复配实验数据。通过激光粒度仪分析检测得到了硅粉、各种目数赤铁矿粉的粒径分布曲线，如下图1。通过计算，将按照不同比例复配的铁矿粉组合的粒径累积曲线做出来，并挑选出浆体性能较优的复配组，对比相应的粒径累积曲线。性能较优的复配组比例和粒径曲线如下。单从曲线看出，性能较好的组的级配曲线大致有两类。第一类如单独使用800目和1200目，粒径全部在10以下；第二类复配后，在10附
3、近（530）出现明显的断层区，即该粒径范围的颗粒较缺失。而该粒径范围恰是水泥颗粒的主要分布区，猜想可能铁矿粉在该区缺失后，与水泥颗粒形成连续级配，对强度和流变性更有利。对于高温高密度水泥浆，配方中添加比例更高的细铁矿粉，更容易获得流变性能良好的水泥浆。2硅粉加量对水泥石强度的影响所有的硅酸盐油井水泥，在临界温度以上都要发生强度衰退，同时渗透率增加，掺有缓凝剂和高含水量的水泥浆这种高温强度衰退现象尤为严重。一般用于深井或高温井的各类水泥，当温度达到110时便会产生强度下降，而达到140以上时强度损失更为严重，更高的温度（230以上）可能导致水泥石完全丧失机械强度而崩溃。高温下水泥石强度衰退，影响
4、油井使用寿命。人们从生产和实践研究中知道水泥的强度衰退问题，可通过加入硅砂来降低水泥石中的（）2和钙硅比（），能有效抑制硅酸盐油井水泥在高温下的强度衰退现象。研究了在恒定养护时间不同钙硅比的各种硅酸钙化合物的形成调节，调节钙硅比平均值1.5，并逐渐加入3540（占水泥质量分数）的二氧化硅，使降低至1.0左右，从而防止110时转化为2，此时将形成雪硅钙石，从而使水泥保持较高强度和低渗透率。养护温度升高到150时，雪硅钙石通常转化为硬硅钙石和少量的白钙沸石，它对水泥性能的衰退作用最校一般来说，水泥中主要所含的硅酸钙水合物的摩尔比不大于1时，抗压强度较高，渗透率较低。调查研究表明：使用硅粉的最低温度
5、为110，因为在此温度下，纯水泥石出现强度下降。大多数井底静止温度在110204条件下，石英粉的掺量为3540，在高温条件下，硅粉粒径的选择，掺量多少才能获得最优的水泥石强度性能，是本文研究的重点。选取1.903和2.503的水泥浆，测定其水泥石强度及强度衰退情况。对于常规1.903的高温水泥浆，配方中添加3545（）的300目硅粉，可以获得最优的强度性能。对于2.503的高温高密度水泥浆，配方中添加60（）的300目硅粉，可以获得较高的抗压强度，并且强度不衰退。3缓凝剂加量对水泥浆失水性能的影响对于超高温水泥浆体系的建立，最关键的材料就是高温缓凝剂，研选一种加量相对少，温度敏感性和加量敏感性
6、符合施工要求，具有足够的稠化时间来保证固井施工安全，这是尤为重要的。在实验中发现，某些缓凝剂的加量会破坏类降失水剂的性能，导致水泥浆失水明显变大，对高温高密度配方设计产生不利影响。缓凝剂随着加量的增加，会对水泥浆的降失水效果产生明显不利的影响。因此，在水泥浆配方设计时，高温高压失水实验要根据实际的缓凝剂加量执行。尤其是对于高温高密度水泥浆，缓凝剂加量增加，会导致失水变大，为了控制失水，必然加大降失水剂加量，水泥浆稠度上升，加重剂的加量增加，配方的干混材料配比发生变化。缓凝剂加量的变化导致了水泥浆性能变化的连锁反应，因此，针对某种特定的缓凝剂，在配方设计时，一定要考虑其对失水的影响。4高温沉降稳
7、定性设计对于水泥浆的稳定性近几年逐渐引起人们的高度重视。已经证明，许多水泥浆由于配方设计不合理，稳定性差，产生沉降，析出自由水。使用这样的水泥浆，由于其性能不稳定，静止时产生沉降，并伴随游离水析出，容易造成固井过程中的环空桥堵或气窜，特别是在大斜度井和水平井中。在低温下，由于晶体内部的黏滞力作用较强、固井施工时间短、沉降问题不突出。但在高温条件下，由于水泥外掺料和外加剂的加入，以及高温使布朗运动加剧，破坏了浆体内部的黏滞力，造成了水泥颗粒和外掺料颗粒的沉降加快，同时固井施工时间也比较长，从而使问题变得更加突出。提高体系的悬浮稳定性的方法，一方面可通过减小颗粒的直径，由此减小颗粒下沉的速度，减小保持浆体稳定所需的切力；另外可通过增加体系内固相材料的比表面积，通过提高体系的黏度、切力而提高体系的悬浮稳定性。参考文献1固井水泥浆体系的优化J.任书方.化学工程与装备.2017(05) -全文完-
