纳米硅溶胶改性水泥基材料性能及机理分析

针对普通水泥基材料存在早期强度低、抗变形能力弱等问题，通过纳米硅溶胶对水泥基材料进行改性，采用电液伺服万能试验机、X射线衍射及扫描电镜等手段对纳米硅溶胶改性不同水灰比水泥基材料的流动性、结石率、单轴抗压强度、弹性模量、水化产物及微观形貌进行研究。结果表明：硅溶胶掺量在0.5%以内、水灰比小于1.0时可显著提高水泥浆液的流动性，最大提高20.24%;结石率随着纳米硅溶胶掺量的增加而增大，且硅溶胶对水灰比大于0.7浆液的结石率提高明显，最大提高24.49%;当硅溶胶掺量为2%时，结石体的抗压强度增幅最大且随着养护龄期的增加，硅溶胶对试样强度的增幅效果逐渐减弱；纳米硅溶胶的掺入促进水泥基早期的水化反应，与水化产物反应生成水化硅酸钙凝胶(C—S—H)并使微观形貌更加致密，使结石体的早期抗压强度及弹性模量显著提高；纳米硅溶胶通过缩短诱导期以及在颗粒空隙中为C—S—H提供成核位点促进水化反应，提高水泥基材料性能。     

油井水泥低温早强剂X－1的性能评价

油井水泥低温早强剂X-1由活性硅,固体醇胺和阴离子型聚合物复配而成.水灰比为0.42-0.52时,加入10.0%的X-1可使水泥浆15℃稠化时间比净水泥浆缩短40%-50%.在15℃下养护12 h,24 h的抗压强度分别大于3.5 MPa和6.5 MPa.水泥浆体系的综合性能满足低温井固井施工的基本要求.     

加重剂指标对水泥浆性能的影响研究

为更好地掌握加重剂对高密度水泥浆性能的影响情况,考察了加重剂的密度、水分、杂质、粒度分布等理化性能对水泥浆性能的影响。结果表明:(1)加重剂水分1.0%时,水分含量递增,水泥浆的密度递减,水泥石的抗压强度也呈递减趋势;(2)加重剂泥质杂质3.0%时,杂质含量递增,水泥石的抗压强度呈递减趋势;(3)加重剂的粒度分布对水泥浆性能影响较大,粒径集中在45～106μm是较理想的粒度分布。通过研究,得到了加重剂的颗粒级配、粒度分布、组分加量、水灰比等因素对高密度水泥浆工程性能的影响规律。     

固井水泥浆的水化规律

油气井固井过程就是水泥浆不断水化的过程,采用直接测试的方法考察固井水泥浆在不同温度、水灰比、掺料和外加剂条件下的水化规律.结果表明:随着温度升高,水化进程加快,水化温升峰值增大;水灰比的增人使温升峰值降低,水灰比为0.4～0.55时影响较大;粉煤灰和矿渣能推迟峰值Ⅲ现时间,降低水化温升,但矿渣降低程度不如粉煤灰明显,掺量增加,水化后期温升较大;氯化钙对水化温升的影响随掺量的增加而变大,增大水化温升,加快峰值出现,但掺量较人会引起水化温升过高.     

早龄期水泥浆体的化学收缩与电阻率研究

研究了水灰比分别为0.3,0.4和0.5的硅酸盐水泥浆体在3d龄期内的化学收缩与电阻率的变化规律,并根据非蒸发水含量计算了水泥的水化度,讨论了化学收缩与水化度之间的关系以及电阻率与水化度之间的关系.化学收缩采用ASTM C1608—07规定的膨胀测定法进行测试,电阻率采用无接触电阻率法进行测试.结果表明：水泥浆体的化学收缩与水泥的水化度之间具有较好的线性关系;对于不同水灰比的水泥浆体,当龄期在12h以上时,化学收缩与电阻率之间存在较好的线性关系,可以根据电阻率计算水泥的水化度和化学收缩.     

延长主力油层泡沫水泥堵剂体系配方优化与性能研究

针对延长石油主力油层油井堵水及井壁再造问题,对泡沫水泥体系中发泡剂、稳泡剂、水灰比、缓凝剂、木纤维等添加剂进行了室内优化实验,确定了适合延长石油主力油层油井堵水的泡沫水泥浆体系配方:G级油井水泥浆体系为:0.5%AES+0.3%CMC+G级油井水泥浆(水灰比为0.44~0.55)+0.2%缓凝剂+0.2%木纤维;800目超细水泥浆体系为:0.5%AES+0.3%CMC+800目超细水泥浆(水灰比为0.55~0.60)+0.2%缓凝剂+0.2%木纤维。并对优化后的泡沫水泥浆体系进行了动态封堵性能评价实验。实验结果显示,优化后的泡沫水泥体系具有较强的封堵调剖能力以及封堵的稳定性。     

用水温度对高水材料力学性能影响试验研究

高水材料广泛应用于煤矿充填和注浆加固等工程领域。影响高水材料性能的因素有很多,为研究用水温度对高水材料力学性能的影响,对不同水灰比的高水材料在水温25℃、30℃、35℃和40℃的条件下进行了试验研究。结果表明:水灰比相同时,随着用水温度的升高,高水材料的初凝时间明显减少,水灰比为3∶1时,水温每升高5℃初凝时间平均减少可达40.8%;随着用水温度的升高,材料的峰值强度和残余强度均呈增长的趋势,水灰比相同时,水温从25℃到30℃,两种强度增加量均不大,当水温从30℃增加到40℃时,水温每升高5℃两种强度增加量均较大,并且水灰比越大,水温对材料的应力应变曲线影响越明显;用水温度对高水材料的破坏形式影响较小,均为劈裂破坏。试验结果可为提高高水材料的使用效果提供一定的依据。     

炭阳极用煤沥青改性研究

在筛选单组分有机改性剂的基础上,采用由单组分有机改性剂和无机增炭剂组合的多组分改性剂对煤沥青进行改性实验.研究结果表明:与普通煤沥青相比,在160～175℃时,添加质量分数为2.0%~2.5%油酸和石墨粉或者添加1.0%~1.5%邻苯二甲酸二丁酯和石墨粉可以降低煤沥青的黏度至31～190 mPa.s,其高温结焦值与对比沥青的接近;多组分改性沥青结构组成基本不变,软化点下降3-9℃.     

再生骨料混凝土徐变特性基础试验

以水灰比为参数对水泥浆的力学性能和徐变特性进行了基础试验.结果表明,水泥浆的弹性模量和抗压强度均随水灰比的增加而降低,外界环境(温度和湿度)对水泥浆的徐变影响不大.在此试验基础上,通过研究水灰比和水泥浆徐变函数(单位应力作用下弹性变形与徐变应变之和)之间的关系,建立了水泥浆和砂浆徐变函数的预测模型.对配合比为m(水泥)∶m(水)∶m(细骨料)=0.5∶1∶1.49的砂浆徐变预测结果和试验结果的对比分析表明,砂浆徐变函数预测模型可以较好地预测砂浆的徐变发展过程.模型再生混凝土的徐变试验证明,老砂浆的存在是再生混凝土徐变增加最重要的一个原因.     

碳钢-磷酸体系中聚天冬氨酸的缓蚀性能及协同缓蚀作用

采用电化学方法测试了质量分数为20 %磷酸溶液中聚天冬氨酸(PASP)对碳钢的缓蚀性能和协同缓蚀效果,结果表明:在20 ℃下,缓蚀效率随PASP添加质量浓度的增加而迅速增加.当PASP质量浓度为1.0 g/L时,缓蚀率达到76.65 %;当PASP与十二烷基硫酸钠各以0.25 g/L进行复配时,其缓蚀效率可达到78.66 %,比单独使用时缓蚀效率明显增大,具有正协同效应.在实验体系中PASP是一种以抑制阳极为主的缓蚀剂.     

硅灰耐高温低密度水泥浆的研究

用硅灰作高温稳定剂,漂珠为减轻剂,与G级油井水泥配制密度为1•5g/cm3的水泥浆。该水泥浆的特点是:①密度低,用水量小;②在低温下强度高、滤失量低、析水为零、稠化时间可调、流变性好,能满足施工工艺的要求;③水泥石能承受高温,在350℃、20MPa下养护3天,强度达12MPa。该低密度水泥浆可用于低压易漏地层稠油热采井的固井,并可大大减轻因高温引起的水泥石强度衰退,延长油井的寿命。     

高密度高炉矿渣水泥浆固井技术研究

以低密度矿渣水泥浆研究结果为基础 ,设计高密度水泥浆 ,使油气井全井段使用矿渣水泥浆固井 ,以提高固井质量 ,降低固井成本 .以高炉矿渣为水化胶凝材料 ,添加少量水泥和碱性激活剂 ,结合 MTC固井技术和多功能钻井液固井技术 ,设计密度 1 .75～ 1 .93 g/cm3 的矿渣水泥浆、矿渣MTC浆和矿渣 UF浆 .对 3种高密度矿渣水泥浆在 45～ 75℃条件下水泥石的抗压强度 ,水泥浆的凝结时间、流变性和稳定性进行试验对比 .试验结果表明 :3种水泥浆水泥石抗压强度从大到小依次为 :矿渣 UF浆 ,矿渣 MTC浆 ,矿渣水泥浆 .3种体系水泥石抗压强度满足油气井井下射孔作业对水泥石抗压强度的要求 .在 45～ 75℃条件下 ,随着温度的升高 ,高密度矿渣水泥浆和矿渣 UF浆水泥石抗压强度呈降低趋势 .矿渣 MTC浆和矿渣 UF浆的流变性、稳定性和稠化时间可通过钻井液的加量及性能来调整     

CX—18防气窜剂的研制及应用

介绍了CX—18防气窜剂的作用原理,制备方法,性能评价以及在长庆油田的应用效果.它的主要成分是磷化处理后的铝银粉(铝粉〕,它在水泥浆中不仅发气量较大,加量为水泥的0.3%时,水泥浆的最大膨胀率为8%,且发气时间较长,在50～70℃时,初发气时间为45～27min,持发气时间为115～69min,可满足中深井固井施工要求.室内试验和现场应用表明,将CX—18加到水泥浆中不仅能有效地防止油气井的油、气、水窜槽,而且它对水泥浆的物理性能影响小,并能与其它水泥添加剂相配伍.并且已在长庆油田应用了15井次,取得了良好的效果,固井合格率由原来的62.5%提高到100%,固井优质率由原来的40%提高到73.3%.     

低密度大温差水泥浆体系在古城8井的应用

塔里木油田古城8井φ200.03mm技术套管固井具有大温差、长封固特点,针对作业过程中面临的低密度水泥浆高温稳定性差、顶部强度发展缓慢等技术难题,开展了1.3¹.4g/cm3低密度大温差水泥浆体系的研究。开发了温度、加量敏感性小,性能稳定的大温差缓凝剂PC-H42L;优选出耐高压、密度小、价格低的人造玻璃微珠PC-P63;基于颗粒级配原理,对水泥、漂珠、增强剂、防窜材料等合理搭配,结合高温缓凝剂及降失水剂,开发出低密度大温差水泥浆体系,该体系具有沉降稳定性好,顶部强度发展迅速,稠化时间线性可调等特点,能够满足110℃以内温差,一次性封固6000m的长封固大温差作业需求。     

硅酸钠对固井施工安全的影响

硅酸钠对油井水泥缓凝剂具有促凝和助缓凝两种相互矛盾的作用,为满足固井施工安全性的需求,研究高模数硅酸钠对不同缓凝剂的影响。在分析硅酸钠对不同缓凝剂水泥浆体系水化机制影响的基础上,研究硅酸钠模数、硅酸钠加量等因素对硅酸钠助缓凝效果的影响。结果表明:硅酸钠对加有缓凝剂柠檬酸、酒石酸、氧化锌的水泥浆起到促凝作用,对葡萄糖酸钠起到助缓凝作用;模数为1的硅酸钠缩短了加有葡萄糖酸钠水泥浆的稠化时间,模数为2.2与3.3的硅酸钠延长了水泥浆的稠化时间;在葡萄糖酸钠加量为0.05%与0.075%的情况下,硅酸钠对静止的水泥浆起促凝作用,加量提高对流动的水泥浆起到先缓凝后促凝的作用,缓解了现场固井后候凝时间长的问题;加有硅酸钠的复配缓凝剂与葡萄糖酸钠相比,大温差适应能力好,有利于缩短候凝时间、改善长封固段井的固井质量。     

低温抗盐降失水剂LTF-1的室内合成及性能研究

针对低温浅层、盐层油气井固井水泥浆存在低温强度发展缓慢、受盐层影响较大的问题,依据自由基水溶液聚合原理,制备出一种低温抗盐降失水剂LTF-1.LTF-1是利用AMPS、AM和一种单体X通过共聚反应制备而成,采用正交实验法,确定单体配比、优化分子结构、调整相对分子质量大小及其分布,优选出LTF-1的最佳合成工艺条件.室内研究表明,以LTF-1为主剂的低温水泥浆体系具有强度发展迅速、失水量低、抗盐能力强、流变性优异、缓凝性弱及稠化时间易调等特点,解决了常规降失水剂固井水泥浆存在低温强度发展缓慢、受盐层影响较大的问题;其综合性能能够满足低温浅层及盐层油气井的固井要求.     

水平井大规模压裂固井水泥石性能设计方法

水平井大规模压裂对固井水泥石性能提出了更高的要求，不仅要求水泥石有一定的抗压强度，还需要具备一定变形能力。目前普遍采用的标准已不能满足水平井大规模压裂对水泥环密封性的要求。基于压裂工况条件下水泥环受力分析模型，综合考虑水泥环拉伸破坏和界面剥离破坏两种失效形式，提出了一种能满足大规模压裂密封要求的固井水泥石性能设计方法，建立了包含弹性模量、泊松比以及抗拉强度（或屈服强度）的固井水泥石性能指标控制图版，量化了水泥石的杨氏模量、泊松比、抗拉强度（或屈服强度）之间的关系。根据该指标控制图版进行水泥石性能设计，可以有效减少水泥环破坏的风险。建立了玛湖油田大规模压裂水平井固井指标控制图版，并根据该控制图版优选了弹韧性水泥浆体系，该体系现场应用10余口井，顺利完成了井口压力增量90 MPa的储层压裂改造，效果良好，达到了预期产量。     

新型促凝剂DWA改善固井水泥低温性能的实验

模拟深水固井低温环境,考察新型锂盐复合类促凝剂DWA对固井水泥浆稠化时间、静胶凝强度和抗压强度的影响。结果表明:促凝剂DWA能促进固井水泥的低温水化能力,缩短水泥浆稠化时间,明显缩短稠度30～100 Bc、静胶凝强度48～240 Pa的时间,显著提高水泥石早期抗压强度,表现出优异的低温早强、防窜性能,有助于解决深水固井面临的低温、浅层水-气流动难题;DWA促凝作用优于CaCl2,对水泥浆初始稠度无影响,是一种无副作用的新型多功能促凝剂。     

基于分形理论的固井水泥浆体系设计

为了有效解决复杂工况下油井水泥混合料配比设计面临的难题,引入分形几何理论建立了颗粒群分形级配模型,结合激光粒度测试得到的材料粒径分布状况及分形维数的合理筛选(D=2.561),假定在小于1.68、1.68～56.23、大于56.23μm三个粒径范围内分别填充微硅、水泥和漂珠,设计出密度为1.40g/cm3的低密三元级配体系,并参照塔里木深井固井技术指标对体系水泥石力学性能(抗压、抗折和界面胶结强度)和浆体性能进行了测试.结果表明,三元体系紧密堆积效果显著,水泥石强度明显高于同密度的微硅或漂珠类二元体系,浆体失水量和析水率较低,稳定性好,稠化和流变性能均满足固井施工要求.实验结果验证了应用分形级配理论辅助设计固井水泥浆体系的可行性.     

新型耐温抗盐降失水剂的合成与测试

为了弥补国内固井降失水剂的不足,选取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、新型双羧基化合物(XX)为原料合成了共聚物型降失水剂,对其结构进行了表征,全面探讨了各种反应条件对合成降失水剂性能的影响.结果表明,在AMPS、DMAA、XX物质的量的比为70∶25∶5时,固含量为12%,反应温度为60,℃,引发剂加量为0.5%,pH值为8和反应时间为2,h的条件下合成的降失水剂效果最佳,其在200,℃时和饱和盐水水泥浆中,都可将水泥浆API失水量控制在100,mL以内,且可解决因高温水解造成的超缓凝和稠化时间倒挂问题.