《超细低密度水泥浆的研制与应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超细低密度水泥浆的研制与应用（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、超细低密度水泥浆的研制及其应用 L G 地区储层深 ,均为深井和超深井 ,岩性、压力来较大的风险和困难。长封固段带来大温差问题突系统复杂 ,地层压力系数从 1. 0 到 1. 75 不等 ,长裸眼段压力窗口窄,极易发生井漏。为实现平衡压力固井 ,采用了低密度水泥浆加常规密度水泥的浆柱构造,在保证重要目的层的封固质量的同步,还规定根据颗粒级配原理 ,实现漂珠、水泥、超细水泥、保证对上部气层实既有效封隔,这不仅需要“三高气井低密度水泥浆克服初期强度低 ,沉降稳定性差 ,渗入率较高等缺陷,还要具有良好的防气窜性能, 良好的防漏堵漏功能等特性 ,才干满足该地区固井的规定。L G地区固井技术难点:1)
2、井深 ,封固段长 ,封固层位多,压力系统复杂 ,上部存在气层 ,钻井过程中从沙一段到东岳庙组均存在不同限度的气测异常或气侵的状况 ,防气窜难度大。 2) 地层承压能力低 ,施工中高泵压极也许导致井漏 ,导致水泥浆返高达不到规定。必须采用正注反挤的工艺措施来保证全井封固质量 ,耗时费力 ,增长成本。 3) 气井封固段长 ,一次固井封固段常常出目前 m 以上 ,注灰量大 ,固井施工泵压高,给固井带来较大的风险和困难。长封固段带来大温差问题突出,井眼上部水泥石强度发展缓慢 ,影响电测质量。2 设计思路 根据颗粒级配原理 ,实现漂珠、水泥、超细水泥、微硅等特种不同粒度分布的材料进行组合 ,优化设计各组
3、分的比例 ,使之尽量地达到高的体积堆积系数 P V F 值 ,实现紧密堆积。水泥颗粒的平均粒径为2030m ,不不小于 10m的粒子局限性,水泥粒子之间的填充性并不好。加入超细粒子粗细组合 ,可使堆积体的孔隙率达到很小的限度。在水泥中掺入超细掺和材料 ,如超细水泥 ,微硅粉等 ,可以大幅度地改善胶凝材料颗粒的填充性 ,提高水泥石的致密度、抗渗入性与水泥石强度。运用超细水泥细化后水化加快;强度发育更快;浆体更加稳定;水泥石更均匀、致密;填充性能更好;活性比微硅更高,不需要激活 ,低温下仍然能发挥强度等一系列物化性能改善的有利因素 ,取代一部分 G 级油井水泥 ,使低密度水泥浆的各项性能得到提高。
4、3 室内实验3. 2 . 1 超细水泥及多元复合粉体特性研究按A PI 原则措施完毕超细水泥各项性能的检查。从表 1 中可以看出,相似水灰比条件下,超细水泥具有非常明显的高早强的特性 , 由于其颗粒小,凝结强度发展形态好 ,从 48 Pa 到 240 Pa 的过渡时间比表面积大 ,水化迅速且充足,使水泥的初期强度得以充足发挥 ,其优良的悬浮分散能力更有助于低密度水泥浆的稳定性。实验证明:超细水泥用于低密度水泥浆具有增长稳定性、提高初期抗压强度、减少渗入率等诸多长处。 表 1 超细水泥增强性能表（ 30 ）抗压强度 MPa 水泥W/ C 3d7d18d超细水泥0.714.018.719.6G 级
5、水泥 0.76.914.616.2 通过多次实验 ,调节几种材料比例 ,使之达到较高的 P V F 值 ,最后调配各组分比例为超细水泥占基本水泥质量的7 %12 % ,漂珠的质量比为 15 % 35 %的多元复合高性能低密度水泥浆体系,根据实 验 ,水灰比为 0. 560. 6 ,能保证良好的浆体性能。该体系颗粒粒度分布曲线见图1 。合适增长直径 310 m 水化颗粒的比例 ,能有效提高水泥石的初期强度和浆体的沉降稳定性.加入并调节直径为 1m如下潜在活性颗粒的比例 , 使之较大限度地填充到上级颗粒的缝隙当中,起到密实的作用。3. 2 . 2 水泥浆工程性能研究 超细水泥低密度水泥浆体系 表
6、2重要具有如下特点: 水泥浆密度为 1. 201. 50 g/ cm3 ; 水泥浆具有良好的流变性 ,较短的稠化过渡时间; 静胶凝强度发展形态好 ,从 48 Pa 到 240 Pa的过渡时间不不小于20 min ,具有良好的防气窜性能; A PI 失水量不不小于50mL, 由于SD18 为非渗入成膜型降失水剂 ,密度水泥浆的稳定性。实验证明:超细水泥用于低超细粉体材料的加入起到充填密实作用 ,有效地控制失水; 水泥石强度更高, 1. 20 g/ cm3,水泥石 75,24 h 强度高于14 MPa ; 该体系使用玻璃微珠能保证井底压力条件下水泥浆密度恒定不变的特点,使施工安全更有保障。从表 3
7、 看出,该体系与常规低密度水泥浆相比,具有较好的流动能力和较低的滤失量 ,更高的初期强度。表2低密度水泥浆体系性能表（75）干混料外加剂密度流动度稠化时间API失水量抗压强度流变性表3不同低密度水泥浆体系性能比较表干混材料密度（g/cm3）流动度(cm)稠化时间(min)API失水量(ml)抗压强度【Mpa/(7024h)】常规1.3024256686.8超细水泥+漂珠1.30211803713.0超细水泥+微珠1.30211783614.33. 2 . 3 水泥浆防气窜性能评价从表4 中可以看出,该体系稠化过渡时间短,失水量小,水泥浆气窜潜力系数 S PN值小,防气窜能力强。形成的水泥石具有
8、微膨胀、低渗入率等特点, 渗入率接近常规水泥石 ,具有良好的层间封隔与后期防气窜的功能,更有助于延长油气井的开采寿命。表4低密度水泥浆体系防气窜性能表（103）密度（g/cm3）稠化时间(min)100bc稠化时间(min) 30bc失水量(ml)SPN值1.30240230442.621.40225216402.211.50186177362.203. 2 . 4 水泥浆防漏堵漏性能评价该体系由于加入防漏复合纤维 SD66 ,使之发挥了良好的防漏堵漏能力 ,10min内能堵住漏失,提高漏失地层的承压能力达6. 0 MPa (表5) ,更好地保障 了施工过程中发生井漏时的施工安全和固井质量。表
9、5低密度水泥浆堵漏性能表配方10min承压(MPa)漏失量(ml)备注2SD66+1.8SD1868252mm孔板2SD66+1.8SD1868402mm缝板2SD66+1.8SD1859203mm孔板2SD66+1.8SD1859203mm缝板5 结论1 ） 超细水泥具有改善基本水泥颗粒级配 ,起到提高粉体堆积密实限度的作用。2) 超细水泥低密度水泥浆体系克服了常规低密度水泥浆体系初期强度低、稳定性差、易分层等缺陷,具有较高的初期强度和稳定性 ,水泥石微膨胀、渗入率低等长处;水泥浆体系稠化时间从低温到高温均能可调 ,流变性可根据设计规定调节。3) 水泥浆体系失水量小,静胶凝过渡时间不不小于2
10、0 min ,稠化时间从30100 Bc 的时间不不小于20 min , 具有良好的防气窜性能和具有较强的防漏堵漏的能力。现场成功应用20 余口井次,测井曲线显示固井质量良好。超细水泥的发展水泥注浆材料自1838 年英国汤姆逊隧道开始应用 ,人们在实践中发现一般水泥粒径较大 ,渗入能力有限 ,一般只能渗入不小于 0 . 1mm 的裂隙或空隙 ,而对于微细裂隙注浆加固效果较差 , 因此转向化学注浆材料的研究 , 由于化学注浆材料的价格高、配方复杂 ,并且大多数化学注浆材料均有毒 ,其发展受到限制 ,特别 1974 年 日本上 冈县发生注浆污染事故后 , 日本 、美国相继严禁了有毒浆材的使用 。为
11、了在低渗入介质中提高水泥的可注性 ,超细水泥注浆材料成了研究的热点 。日本早在 20 世纪 70 年代初率先研制成超细水泥灌浆材料 ,美、俄国也相继开发成这一产品, 由于浆液稳定性好 ,渗入能力强 ,可达到和化学浆材相近的可注性 ,且浆材无污染 ,价格低 廉 ,因此迅速地得到广泛应用 , 同步运用超细水泥研制的多种灌浆材料和工艺 ,在工程中的应用越来越广泛 。 1 生产现状 超细水泥的生产原料与一般水泥大体相似,在构成上的重要不同点是在制备过程中加入了某些性能调节剂 ,超细水泥的生产是以一般水泥或水泥熟料为原料 ,采用一定的粉磨设备制得 ,常用的粉磨设备有球磨机、振动磨、雷蒙磨、搅拌磨、气流磨
12、等 ,使其颗粒细化。国外资料觉得超细水泥最大粒径应 20m 有必要指出的是最大粒径并非绝对意义上的最大粒径 ,若最大粒径 20m ,一般指 d95 20 m平均粒径为35 m 。尚有人觉得岩基缝隙不小于水泥粒子 35倍时,浆体可以顺利灌入裂缝中。国内有专家觉得超细水泥的比,表面积应 10000cm / g 才称得上超细水泥。 由于超细水泥在制造过程中受到冲击、研磨、挤压、弯曲等机 械力的持续、共同作用 ,使水泥中的粗颗粒在逐渐被粉碎的过程 中,细度急剧下降,比表面积迅速增大 ,由于转入能量中的一部分变为新颗粒的内随和表面能,从而导致水泥颗粒表面物理化学性能的巨大变化 ,因此 ,超细水泥的活性比
13、一般水泥大得多。 生产超细水泥注浆材料的措施有湿磨和干磨两种。湿磨超细水泥是指在施工现场将预拌的一般水泥浆泵入湿磨机磨成超细水泥;长江科学院于20 世纪80 年代末开始湿磨细水泥的生产研究。以灌注裂隙宽度为 0. 050. 2mm 的岩体为目的 ,研制出GSM 型高效水泥湿磨机。该机构造简朴 ,操作以便 ,体积小 ,重量轻 ,能耗低 ,不需要研磨介质和助磨剂 ,特别适合于注浆工程的现场使用。目前 ,该技术已成功应用于涉及三峡工程在内的全国10 多座大型水电工程。干磨超细水泥是指在水泥厂用超细粉磨机设备生产的超细水泥。 1991 年国内洋径水泥厂研制了U型超细水泥 ,并在浙江上黄水库、洋溪水库坝
14、心场基本局部接触渗漏注浆收到明显效果的基本上 ,进一步改善性能、减少生产成本 ,在 U型超细水泥中掺加了粉煤灰研制成功粉煤灰超细水泥 ,使超细水泥浆液的可注性得到了提高 ,成本也明显下降。目前 ,国内生产的“华夏”牌系列超细水泥 ,就是运用了国内自己的超细磨技术、超细分离技术、水泥改性技术等最新技术 , 由浙江金华华夏灌浆材料厂研究所开发研制而成 ,其功能已达到和部分超过国外的技术水平。国产的“华夏”牌超细水泥的细度已达到4 . 8m如下,颗粒级配较优化。目前 ,国内外的超细水泥普遍使用于封堵地下水流、加固大坝基本、封闭核放射废料、加固隧道边墙、大塌方及多种地下建筑物开挖前软弱地基的解决等 ,都获得了抱负的使用效果。目前美、日、德、法等国均能生产比表面积 8001600cm2 / g的超细水泥 ,超细水泥的优秀性能来源于它的细度。最大粒径 20m ,平均粒径 5m 。2 超细水泥的性质(1)超细水泥的物理性质指标。比重:3. 00 0. 10 ;单位重量:1. 000. 10kg/ L ;比表面积:8000cm 2 /
