新型早強劑水泥漿體系室內(nèi)性能研究

1、<p>　　新型早強劑水泥漿體系室內(nèi)性能研究</p><p>　　摘 要：現(xiàn)今使用的水泥漿體系不能完全滿足中低溫淺層油氣井的固井需要，達(dá)不到防止竄槽和低溫促凝以及微膨脹的目的，本文針對這些問題研發(fā)了一種具有膨脹性能的新型早強劑，設(shè)計開發(fā)出一套新型早強劑水泥漿體系。實驗結(jié)果表明：該水泥漿體系具有溫度適用范圍廣、微膨脹、沉降穩(wěn)定性好、抗壓強度高、流變性能好、防氣竄性能好，稠化時間可調(diào)等優(yōu)良性能，為提高中低溫

2、油氣井固井質(zhì)量提供了技術(shù)依據(jù)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：水泥漿 早強劑 微膨脹 水泥漿性能 </p><p>　　目前中低溫淺層油氣井固井存在以下幾大難點：一是水泥漿在低溫低壓條件下，普通硅酸鹽水泥水化速度緩慢，并且具有較高的水泥石強度和較短的稠化時間[1]；二是水泥漿的候凝時間比較長，油井水泥強度發(fā)展緩慢；三是油井水泥漿在低溫低壓下凝固時會發(fā)生體積收縮，從而導(dǎo)致水泥環(huán)與地層和套管間

3、形成微間隙，使界面膠結(jié)出現(xiàn)問題?，F(xiàn)今使用的水泥漿體系不能完全滿足中低溫淺層油氣井的固井需要，達(dá)不到防止竄槽和低溫促凝以及微膨脹的目的[2]。近年來，國內(nèi)自主研制的一些無機氯鹽早強劑會使水泥石中氯離子的濃度增加，從而造成氯離子與套管之間產(chǎn)生較大的電極電位，對套管產(chǎn)生了一定的腐蝕作用，影響固井質(zhì)量和作業(yè)安全[3]。這些早強劑與其它水泥外加劑都存在著一定的不配伍性，從而較大的影響了水泥漿的流變性能。因此，亟需研發(fā)一套中低溫水泥漿體系，提高水泥

4、石的早期抗壓強度，以滿足中低溫淺井固井需要。 </p><p>　　一、新型早強劑水泥漿體系設(shè)計思路 </p><p>　　本文主要從以下三個方面入手，保證水泥漿具有良好的綜合性能和較高的早期強度，從而滿足施工的要求。 </p><p>　　1.加入一種新型的早強劑，形成高早強、微膨脹的水泥漿體系，以提高在中低溫條件下水泥漿的穩(wěn)定性和水泥石的致密性，保證水泥石具有良

5、好的力學(xué)性能，從而達(dá)到提高中低溫淺氣井的固井質(zhì)量的目的。 </p><p>　　2.考察該水泥漿體系的常規(guī)性能。 </p><p>　　3.考察該體系是否能夠滿足施工作業(yè)的基本要求。 </p><p>　　二、新型早強劑水泥漿體系 </p><p><b>　　1.晶種的制備 </b></p><p&

6、gt;　　在水灰比0.44的G級水泥漿中加入3%硫酸鹽A，攪拌均勻，放在常溫水浴箱中養(yǎng)護(hù)，7d后取出，放入烘箱，在120℃下通風(fēng)干燥，粉碎后磨入球磨機粉磨至0.125mm，方孔篩篩余<10%，即得所需晶種。 </p><p><b>　　2.晶種加量選擇 </b></p><p>　　不同溫度下加入不同量的晶種測試對水泥石的抗壓強度，測試時所用的水泥漿配方為G級

7、高抗硫酸鹽水泥+1.0%分散劑+2.0%降失水劑+0.2%消泡劑+44.0%水。實驗結(jié)果如圖1所示。 </p><p>　　從圖1可知，不同溫度下，晶種都可以顯著提高常規(guī)密度（p=1.90kg/L）水泥石的早期強度，晶種加量為3%時，水泥石的強度增強效率最明顯；在70℃下養(yǎng)護(hù)時間3d時，水泥石的抗壓強度最大。 </p><p>　　3.新型早強劑的制備 </p><p&

8、gt;　　早強劑DSW-Z的成分主要由晶種、高價陽離子硫酸鹽A[4]和羧基羧酸三組分復(fù)合而得，采用正交設(shè)計試驗，根據(jù)試驗結(jié)果規(guī)律，確定新型早強劑的組分（占水泥質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）：晶種3%、高價陽離子硫酸鹽A0.5%，羥基羧酸0.25%。 </p><p>　　三、新型早強劑水泥漿性能評價 </p><p>　　1..DSW-Z加量對水泥漿性能的影響 </p><p>　　

9、將優(yōu)選的DSW-Z加入到水泥漿中考察其加量對水泥漿流動度、自由水、水泥石的抗壓強度，膨脹率及膠結(jié)強度等性能的影響，結(jié)果如表1所示。 </p><p>　　實驗表明：不同溫度下，DSW-Z均能增大水泥石抗壓強度和界面膠結(jié)強度，對水泥漿有輕微的增稠作用，但增稠效果不明顯。當(dāng)DSW-Z加量達(dá)到和超過3%時，水泥石體現(xiàn)出一定的膨脹性，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，膨脹性呈衰退的趨勢。 </p><p>　　

10、2.水泥漿流變性能測試 </p><p>　　按照SY/T5480-1992 注水泥流變性設(shè)計的測試方法，在室溫條件下測試了不同加量DSW-Z下水泥漿的流變性能，結(jié)果見表2。 </p><p>　　從表3可知：該水泥漿體系的物性指數(shù)較小，具有良好的剪切稀釋性；稠度系數(shù)較小，流動度>20cm，說明該水泥漿體系的流變性較好，摩阻較小，有利于降低泵注壓力，降低施工作業(yè)可能發(fā)生的風(fēng)險。 &l

11、t;/p><p><b>　　3.稠化性能 </b></p><p>　　圖2是配方為G級高抗硫酸鹽水泥+1.0%分散劑+3%DSW-Z+2.0%降失水劑+0.2%消泡劑+44.0%水（p=1.90kg/L）配制的水泥漿，在30℃，10MPa條件下所呈現(xiàn)的稠化曲線。從圖4可以看出，該水泥漿的初始稠度為10Bc，稠化時間為211min，稠化曲線中間段過渡平穩(wěn)，沒有發(fā)生閃凝等

12、現(xiàn)象，曲線近似為直角稠化。 </p><p><b>　　四、結(jié)論 </b></p><p>　　1.新型早強劑DSW-Z能夠提高水泥石的抗壓強度，在晶種加量3%時效果最好。 </p><p>　　2.不同溫度下，DSW-Z均能增大界面膠結(jié)強度，當(dāng)DSW-Z加量達(dá)到和超過3%時，水泥石體現(xiàn)出一定的膨脹性且隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加而減小。 </p

13、><p>　　3.新型早強劑水泥漿的流變性能較好，會使固井過程中泵壓降低，從而減小注水泥施工的難度；稠化曲線中間段平穩(wěn)，曲線的發(fā)展趨勢近似為直角稠化，完全能滿足中低溫淺井固井施工要求。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]劉崇建，黃柏宗，徐同臺. 油氣井注水泥理論與應(yīng)用[M].北京：石油工業(yè)出版社，2001：

14、443-447 </p><p>　　[2]屈建省，許樹謙，郭小陽.特殊固井技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006：58-60. </p><p>　　[3]王瑞和，齊志剛，布玉環(huán)等. 一種新型曼尼希堿促凝劑的性能研究[J].石油鉆探技術(shù)，2009，37（3）：13-16 </p><p>　　[4]要秉文，高振國，梅世剛，等.高價陽離子硫酸鹽對混凝土早期強度的