矿渣对新拌水泥浆体流变性能的影响

通过对掺有矿渣的新拌水泥浆体流变曲线、流变参数、标准稠度需水量和胶砂流动度的测定,研究了矿渣的化学组成、掺加量和细度等对新拌水泥浆体流变性能的影响     

环境温度和水化时间对纳米偏高岭土水泥浆流变性的影响

为研究环境温度和水化时间对纳米偏高岭土(NMK)水泥浆流变性的影响，利用流变性方法测量不同环境温度(8～45℃)和水化时间(10～90min)条件下NMK水泥浆流变性的变化规律.同时采用X-射线衍射仪和激光粒度仪分析新拌NMK水泥浆水化特性及絮凝结构.考虑环境温度、水化时间、NMK掺量和水胶比的影响，基于BP神经网络建立了流变参数预测模型.结果表明：水泥与水接触90min内水泥水化缓慢，NMK颗粒特性和絮凝结构是影响新拌水泥浆流变性的主要因素.NMK水泥浆流变特征符合修正Bingham模型，浆体呈现剪切稀化行为；随环境温度(8～45℃)升高，NMK水泥浆表观黏度降低，触变性先增大后减小，且水泥浆触变性在27℃左右达到最大值；环境温度对屈服应力和塑性黏度无显著影响.掺1%～10%NMK水泥浆表观黏度、屈服应力和塑性黏度随水化时间(10～90min)的变化幅度较普通水泥浆小.考虑环境温度、水化时间、NMK掺量等多因素影响的BP神经网络模型所预测流变参数与试验值吻合较好.     

封堵炮眼用防漏水泥浆体系的研制

针对胜利油田部分油井用水泥浆封堵炮眼时出现的漏失问题,研制了防漏水泥浆体系.利用自制的模拟封堵装置,研究了不同封堵材料的封堵性能和封堵效果,优选出封堵材料的加量,加入各种添加剂形成了防漏水泥浆体系,并评价了体系的性能.结果表明:以1.2mm的漏失孔为例,聚丙烯纤维和橡胶粉分别封堵效果不佳,复合封堵时具有较好的封堵效果,复合封堵时纤维的加量为0.4%,橡胶粉的加量为1%.选用水泥添加剂并根据其建议加量,确定防漏水泥浆体系的配方为:胜潍G级水泥+0.4%聚丙烯纤维+1%橡胶颗粒+3%降失水剂+0.4%缓凝剂+0.5%分散剂,经评价水泥浆的失水性能优良,稠化性能可调,流变性能较好,强度性能优良.     

石英砂对水泥浆性能及其水膜厚度影响实验研究

石英砂是强度高、耐磨性好、化学性能稳定的硅酸盐矿物,其主要矿物成分为SiO_2,能与水泥水化产物Ca(OH)_2进行二次水化反应.为探索其对水泥浆性能及其水膜厚度的影响,研究测量了30组不同水胶比、不同石英砂掺量的水泥浆的流动性能、粘聚性和抗压强度.为揭示石英砂水泥浆的流变性能控制机理,本研究进一步测量了5组不同石英砂掺量水泥浆的填充密度,并基于填充密度测量结果计算出各水泥浆试样配比的水膜厚度,探索水膜厚度对石英砂水泥浆流变性能的影响.实验结果表明,石英砂的掺入能增加水泥浆的流动性能,且石英砂掺量越大,水泥浆流动性能越好,但水泥浆的抗压强度随石英砂掺量的增大而逐渐降低.石英砂掺入对填充密度影响不大,水膜厚度为流动性主要控制因素,水泥浆的流动性能随水膜厚度增大而增大.     

新拌纳米偏高岭土水泥浆流变性

为了探明纳米偏高岭土(NMK)对新拌水泥浆流变性能的影响,采用流变仪开展了水胶质量比(0.40、0.45、0.50)和减水剂(SP)影响下,掺加不同质量分数(1％、3％、5％、10％、15％)NMK水泥浆流变试验,得到了表观黏度、屈服应力、塑性黏度等流变参数,探讨了NMK掺量对水泥浆流变性的影响规律;基于修正Krieg...     

纳米偏高岭土水泥浆颗粒水膜厚度与流变参数相关性

考虑纳米偏高岭土(NMK)质量分数(0、1％、3％、5％、10％)、减水剂(SP)、水胶质量比(0.40、0.45、0.50)等影响因素,研究了新拌NMK水泥浆颗粒水膜厚度与流变参数的关系.基于标准稠度用水量法和最大颗粒浓度法获得颗粒堆积密度;利用颗粒堆积密度和颗粒比表面积得到水泥浆颗粒水膜厚度;NMK水泥浆流变参数由...     

二元赤铁矿粉粒度级配技术研究

以颗粒级配和紧密堆积理论为基础,优选不同粒度的赤铁矿粉为加重材料,按照不同比例二元复配加入到山东G级高抗硫油井水泥中,通过对水泥浆流变和强度性能的测定,研究了颗粒级配与高密度水泥浆性能的关系。研究结果表明,流变和强度性能好的配方,其级配曲线表现出两种形式,一种是颗粒较细,粒径全部在10um以下;另一种是在10um附近（5um~30um）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,与水泥颗粒形成连续级配,对强度和流变性更有利;流变性能较差的配方,超过70％颗粒的粒径大于10um,尤其是3um-10um的颗粒最为缺失。此结论可作为多元铁矿粉复配的参考。     

前置液流变性对顶替界面稳定性影响的数值模拟

借助计算流体力学(CFD)软件FLUENT6.20,对环空井筒内水泥浆顶替过程进行了数值模拟,模拟环空井筒外径0.24 m、内径0.18 m、高8 m.在顶替速度为0.4 m/s、偏心度为0.4的条件下,计算得到了顶替界面形状以及前置液流变参数屈服应力、稠度系数和流性指数对顶替界面稳定性及顶替效率的影响规律,并对数值模拟结果进行了实验验证.数值模拟结果表明,降低前置液的屈服应力、稠度系数及流性指数有助于提高水泥浆和前置液之间界面的稳定性和顶替效率.固井设计时要考虑界面的稳定性,对前置液流变参数进行调整.     

原状超细粉煤灰形态及其水泥浆体的流变性能

对电厂收尘原状粉煤灰(超细灰和I级灰)进行扫描电镜(SEM)和激光粒度测试分析,获得其颗粒形态特征,推荐超细粉煤灰粒径分布测试方法,开展其对粉煤灰-水泥浆体流变性能影响研究.结果表明:超细粉煤灰成规则的球状微珠结构,表面光滑,中位径为1.41μm,比表面积达2 151 m~2/kg,无水乙醇介质湿法+超声制样激光粒度测试与SEM表征符合;随着粉煤灰取代量的增加,I级粉煤灰-水泥浆体流变曲线适用Bingham流变模型,超细粉煤灰-水泥浆体流变曲线先适用Bingham流变模型,在取代量达到60%后宜采用Herschel-Bulkley流变模型;随着粉煤灰取代量的增加,粉煤灰颗粒形态对流变参数的影响显著,且超细粉煤灰对塑性黏度的影响规律与I级粉煤灰相反;超细粉煤灰-水泥浆体的黏度恢复的比例低于I级粉煤灰,利于浆体在拌和或扰动下的流动性改善.     

不同温度磁化水对水泥净浆流变性能的影响

为明确不同温度磁化水对水泥净浆流变性的影响,用不同温度的磁化水拌制水泥净浆,采用旋转流变仪进行流变性能测试,得到了水泥净浆流变性能变化规律.实验结果表明,温度升高,水泥净浆屈服应力增大,塑性黏度减小.水经过磁化处理,表面张力减小,30℃时减小最多,减小15.74％.相比较于普通水搅拌的水泥浆体,用磁化水搅拌的水泥净浆的屈服应力增大,塑性黏度先增大后减小.磁化组的水泥浆体Zeta电位低于普通组,水化热高于普通组,证明磁化处理使得水泥浆体初期水化更加充分;触变环面积变化规律与塑黏度变化规律一致.     

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     

碳纤维水泥配伍性试验研究

水平井、小眼井钻井技术的应用以及薄油层的开发易使水泥石射孔开裂,从而造成上下油水层串通,因此对水泥石韧性有了更高的要求。为了满足固井施工过程中对水泥浆性能以及对水泥石性能的要求,根据国家固井水泥性能测定操作标准,对碳纤维水泥进行了针对性的配伍性试验研究,包括水泥浆流变性、稠化时间、失水量以及水泥石抗压强度、抗折强度等方面的配伍性试验。研究结果表明,碳纤维与水泥以及水泥添加剂具有良好的配伍性;一定尺寸的短碳纤维可以有效地提高水泥浆的流变性和水泥石的抗折、抗压强度。     

准确测定三参数非牛顿液体的流变参数

Herschel—Bulkley流变模式是一个三参数的流变模式,它能较好地反映泥浆、水泥浆及高分子溶液等的流变性能,并具有适应范围广、精度较高的特点。本文从该流变模式的本构方程出发,应用幂级数的展开形式,推导出液体作水平旋转运动的流变规律及其精确的流变参数计算式,同时分析了用一般表达式计算流变参数所造成的误差和影响因素。幂级数的展开式虽是一个近似的式子,但其精确性已能满足工程上的要求。为了提高流变参数的精确性,文中还推证出某一剪切应力的计算公式。     

四元体高强低密度纤维水泥体系的研制

为了解决目前油井水泥拌合料配比设计困难的难题,进一步拓展漂珠微硅类低密度水泥体系的应用范围,基于颗粒级配增强、纤维增韧的技术思路,研制了颗粒级配增强材料KZ和早强剂ZR,并优选了长度为600μm和1050μm的化学改性纤维作为增韧材料,最终在1．15～1．45g／cm^3范围内优化设计出4种不同密度的新型四元体低密度水泥体系,并对该体系的水泥石力学性能和浆体性能进行了系统评价．实验结果表明：四元体系强度明显高于目前现场使用的同一级别的低密度水泥,改性纤维的架桥阻裂作用可显著提高水泥石韧性,水泥浆失水量和游离液含量较低,防窜能力强,稠化和流变性能满足要求,体系稳定性好,验证了四元体系粒径分布的合理性．研究结果为多元体油井水泥体系设计提供了一条新途径．     

全尾砂膏体搅拌剪切过程的触变性

膏体触变性是一种复杂的流变现象,涉及到膏体的搅拌制备、管道输送、采场流动等多方面,但是对膏体的触变性机理目前还缺乏统一的认识,对全尾砂膏体处置技术中出现的各种与触变性相关现象还难以解释。针对全尾砂膏体搅拌剪切过程中的触变行为,对某尾矿全尾砂膏体在不同条件下进行流变测试,研究全尾砂粒级、膏体中固相质量分数、水泥添加量、静置时间等因素对膏体触变的影响规律,分析全尾砂膏体触变行为及其对全尾砂膏体稳定性能的影响。研究结果表明,全尾砂颗粒以三维网状结构弥散于浆体空间,其触变性与屈服应力及膏体料浆稳定性相关,受到料浆中超细成分、灰砂比、固相质量分数等影响,膏体触变特征可划分为剪切破坏及静置恢复两个过程,其流变特性具有随时间而变化的特点。     

高渗透水泥浆高温高压流变性研究

随着油气开采难度的增大,对固井质量和固井水泥浆添加剂的要求越来越高,需要研制开发出新型高渗透水泥浆体系。借助美国产Fann50流变仪,研究了温度和压力对高渗透水泥浆流变性的影响,并与常规水泥浆进行了对比。分析结果表明,一定压力下,高渗透水泥浆的动切力、表观粘度随温度的升高而逐渐降低,流性指数减小;一定温度下,压力对高渗透水泥浆体系流变参数的影响不如温度明显。高渗透水泥浆比常规水泥浆体系具有更好的热稳定性。运用宾汉、幂律、卡森、赫切尔巴尔克莱(H B)、带剪切稀释系数等5种模式对实验数据进行了拟合分析,结果表明,H B模式是描述高渗透水泥浆高温高压流变性的最佳模式。     

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.     

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.     

“三高”气田固井水泥体系研究

针对高压、高产、高含硫化氢(H2S)气体("三高")气田在固井过程中面临的难点,探讨"三高"气田对固井水泥浆的要求,在分析水泥腐蚀机制的基础上,提出"三高"气田水泥防腐策略;采用水泥浆不同配料组分的颗粒粒径合理级配原理优化设计水泥,通过正交试验筛选出可形成致密水泥石、防腐性能优良的低密度高强度水泥和纤维-胶乳-微膨胀水泥2种体系4个配方,对其形成的水泥石进行抗硫化氢和二氧化碳(H2S/CO2)腐蚀性能评价试验,包括水泥石强度、渗透率、质量损失、腐蚀深度和腐蚀前后内部结构的变化情况,依据试验数据从理论上预测水泥石的抗腐蚀寿命。龙岗气田现场应用表明,所筛选的水泥浆的固井质量得到明显提高,可用于"三高"气田固井,并能延长气井寿命。