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石油学报 2011年第6期32卷 1067-1071页

作者：步玉环柳华杰宋文宇中国石油大学石油工程学院山东青岛266555

水泥石体积收缩会严重影响水泥-套管界面的胶结强度,而晶格膨胀剂可以弥补水泥石体积收缩,但晶格膨胀剂能否改善水泥-套管界面胶结强度有待进一步研究。利用自行设计的界面胶结强度测定仪定性地测量了膨胀水泥与套管的剪切胶结强度,同... 详细信息

水泥石体积收缩会严重影响水泥-套管界面的胶结强度,而晶格膨胀剂可以弥补水泥石体积收缩,但晶格膨胀剂能否改善水泥-套管界面胶结强度有待进一步研究。利用自行设计的界面胶结强度测定仪定性地测量了膨胀水泥与套管的剪切胶结强度,同时研究了温度和压力变化条件下膨胀水泥与套管的胶结性能,并与常规水泥进行对比,探讨了膨胀水泥与套管界面的微观结构与界面胶结强度宏观力学行为的关系。研究表明:晶格膨胀剂的加入使得水泥-套管界面胶结强度明显下降;同时,晶格膨胀剂使水泥石的弹性模量增大,使水泥-套管界面胶结强度抵抗温度和压力变化的能力变差。为了满足开发过程中温度、压力改变条件下的固井界面封隔特性要求,研究一种既能实现膨胀功能、又能改善界面胶结力和水泥石力学性能的膨胀剂具有重要的意义。

关键词：水泥石体积收缩晶格膨胀剂水泥-套管界面胶结强度实验研究

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晶须状碳酸钙及复配微硅对水泥防窜性能的影响

晶须状碳酸钙及复配微硅对水泥防窜性能的影响

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作者：唐琪西南石油大学

学位级别：硕士

固井后环空窜流不仅导致层间封隔失效,而且影响油气田的安全勘探开发。对于固井水泥浆而言,水泥浆胶凝失重导致有效液柱压力下降易发生窜流;水泥浆水化过程中发生体积收缩,水泥环与套管和井壁间的第一、第二界面易形成微环隙,容易导致... 详细信息

固井后环空窜流不仅导致层间封隔失效,而且影响油气田的安全勘探开发。对于固井水泥浆而言,水泥浆胶凝失重导致有效液柱压力下降易发生窜流;水泥浆水化过程中发生体积收缩,水泥环与套管和井壁间的第一、第二界面易形成微环隙,容易导致环空窜流;水泥环属脆性材料,抗拉强度低且抗冲击能力较差,在受到试压、射孔、压裂等作业时易形成微裂缝而导致环空窜流。针对上述问题,常在水泥浆中使用微硅等外掺料来提高水泥浆防窜性能,但实践表明微硅对水泥浆防窜性能的提高有限。因此,寻找新型外掺料,并深入研究其对水泥浆防窜性能的影响,对防止环空窜流有重要意义。碳酸钙晶须是在纳米碳酸钙基础上发展起来的一种新型外掺料,具有售价低、稳定性好、长度短、高弹性模量、兼具矿物微粉与纤维特性的特点。本论文综合碳酸钙晶须与微硅两种外掺料的优点,研究了单掺碳酸钙晶须、单掺微硅以及复掺碳酸钙晶须与微硅对水泥浆防窜性能的影响,通过两者的共同作用提升油井水泥的防窜性能。在研究中,使用SPN法与水泥浆阻力系数法评价水泥浆的防窜性能,使用比长仪法评价水泥石体积收缩率,使用脆度系数表征水泥石的脆性,使用DKS-Ⅲ型岩心孔渗联测仪及SEM电镜观察水泥石的微观形貌和结构,室内研究结果表明：(1)单掺碳酸钙晶须对水泥防窜性能的影响。碳酸钙晶须加入水泥中,水泥浆防窜性能增加、水泥石脆性降低、体积收缩减小。晶须加量与水泥防窜能力紧密联系,晶须掺料大于20%以上时,水泥浆流动度变差,不再具有施工性。单掺晶须掺量为6%时,SPN值最小、防窜效果好,7天水泥体积收缩最小,水泥石脆度降低。(2)单掺微硅对水泥防窜性能的影响。微硅加入水泥中,水泥浆防窜性能增加、水泥石脆性降低、但水泥石的体积收缩增加。90℃、110℃水泥中单掺微硅,20%加量时,SPN值最小,水泥石脆度系数最小。5%、10%、15%以及20%微加量下的配方均大于基础配方的体积收缩。(3)复掺碳酸钙晶须与微硅对水泥防窜性能影响。水泥中复掺碳酸钙晶须与微硅,水泥浆的防窜能力的提升、水泥石脆度降低、体积收缩减小均高于两种材料单掺贡献。高活性微硅与水泥水化反应生成的C-H-S凝胶能有效改善了碳酸钙晶须与水泥石的过渡界面,进一步改善了水泥石的力学性能,增加了水泥石的密实程度。(4)关于对孔隙的影度与渗透率的影响。90℃、110℃单掺碳酸钙晶须、单掺微硅、复掺碳酸钙晶须与矿渣在3天养护龄期孔隙度与渗透率均小于基础配方。(5)晶须与微硅的防窜机理。碳酸钙晶须起到填充与桥梁作用。微硅与水泥的产物CH反应生成C-H-S凝胶,有效改善了晶须与水泥的过渡界面,生成的硅酸钙胶凝填充了水泥浆的孔隙结构,改善了水泥石的力学性能、减少了水泥石的干燥收缩,增加了阻止了流体窜入的能力。

关键词：碳酸钙晶须防窜性能微硅水泥石体积收缩

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