油井水泥外加劑與應(yīng)用進(jìn)展

2012年7月24日，從中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所水處理材料課題組獲悉，研究人員成功研制出新型耐高溫油井水泥外加劑，產(chǎn)品包括高溫緩凝劑、降失水劑及分散劑等。系列外加劑可較好應(yīng)用于深井、超深井固井施工，完井效果良好?，F(xiàn)已完成中試生產(chǎn)，并在中石油大慶油田固井現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用。該項(xiàng)成果日前已經(jīng)通過(guò)吉林省科技廳組織的項(xiàng)目鑒定。與會(huì)專家對(duì)項(xiàng)目成果給予高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為這是一項(xiàng)處于國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平的創(chuàng)新性研究成果。與該工作相關(guān)的研究?jī)?nèi)容已申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利7項(xiàng)，其中3項(xiàng)獲得授權(quán)。相關(guān)中試產(chǎn)品已于中石油大慶油田固井現(xiàn)場(chǎng)成功應(yīng)用，固井效果優(yōu)異，深受油田方好評(píng)。

油井水泥綜合知識(shí) 水泥是水硬性膠結(jié)材料，分為普通水泥和油井水泥。普通水泥也稱建筑水泥，列入astm 標(biāo)準(zhǔn)，而油井水泥列入api標(biāo)準(zhǔn)。油井水泥與普通水泥的根本區(qū)別在于:油井水泥具有嚴(yán)格 的化學(xué)成分和礦物組成，而且在生產(chǎn)時(shí)除允許加入3%-6%的二水石膏以外不得加其它材料。 本節(jié)主要介紹油井水泥的化學(xué)組成、級(jí)別和類型以及生產(chǎn)和應(yīng)用中的一些基本知識(shí)。 一、化學(xué)組成 水泥的質(zhì)量主要取決于化學(xué)成分，而先進(jìn)的分析方法已為獲得水泥的化學(xué)成分鋪平了道 路。表1.2.1列出g級(jí)hsr水泥的主要化學(xué)成分。由表中數(shù)據(jù)可以看出，波特蘭水泥包括4 種主要成分:鋁酸三鈣c3a(3cao·a12o3)；鐵鋁酸四鈣c4af(4cao·a12o3·fe2o3)；硅酸 三鈣c3s（3cao·sio2)；硅酸二鈣c2s(2cao·sio2)。通過(guò)各相顯微鏡檢查，熟料顆粒含有 4種

大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)第!"卷第#期!$$%年&$月 ’()*+,-(./,01+2345*(-4)61+7515)5489:;!"+9;#(&!>&!；審稿人：孫玉學(xué)；編輯：關(guān)開(kāi)澄 ??作者簡(jiǎn)介：張景富（&@ab>），男，博士，教授，主要從事油井水泥技術(shù)方面的研究; 溫度及外加劑對(duì)2級(jí)油井水泥水化產(chǎn)物的影響 張景富&，朱健軍&，代?奎&，佟?卉&，姜?濤! （&;大慶石油學(xué)院石油工程學(xué)院，黑龍江大慶?&abb&"；?!;大慶油田有限責(zé)任公司總經(jīng)理辦公室，黑龍江大慶? &ab%&b） ??摘?要：利用c射線衍射儀檢測(cè)和分析了!#d!$$e條件下2級(jí)油井水泥水化產(chǎn)物;揭示了溫度及外加劑等對(duì)2 級(jí)油井水泥水化產(chǎn)物的影響;結(jié)

硅灰在超高強(qiáng)混凝土中的應(yīng)用 張江泳 (河南省鄢陵縣公路管理局,鄢陵461200) 摘　要:　研究了硅灰及其摻量對(duì)超高強(qiáng)混凝土物理性能、力學(xué)性能、耐久性方面的影響。結(jié)果表明:硅灰是一種高 效的活性摻合料,在混凝土中摻入一定量的硅灰,能夠顯著提高混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性,抗凍性和耐久性,是配制超高 強(qiáng)混凝土不可缺少的組分。 關(guān)鍵詞:　硅粉;　超高強(qiáng)混凝土;　強(qiáng)度;　耐久性 applicationofsilicafumeinsuper2highstrengthconcrete zhangjiang2yong (henanprovinceyanlinghighwayadministeroffice,yanling461200,china) abstract:　thesilicafumewithdiffe

針對(duì)低溫條件下,水泥漿因水化速度慢,候凝時(shí)間長(zhǎng),極易造成油、氣、水浸,導(dǎo)致固井質(zhì)量差和目前油田低溫淺層固井可供選擇的早強(qiáng)劑種類少的具體情況,根據(jù)油井水泥水化及低溫早強(qiáng)原理,選擇對(duì)油井水泥具有低溫早強(qiáng)作用的水溶性無(wú)氯化工原材料,通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出無(wú)機(jī)物a、b,有機(jī)鹽c和有機(jī)酸d,研制出一種新型無(wú)氯水溶性低溫早強(qiáng)劑zc-2s,該早強(qiáng)劑對(duì)常規(guī)密度和低密度水泥漿均有顯著的早強(qiáng)作用,且與多種常用油井水泥添加劑體系配伍性好,可用于低溫淺層油氣井固井水泥漿體系,尤其是無(wú)干混裝置的油田。

溫度及外加劑對(duì)G級(jí)油井水泥強(qiáng)度的影響

為分析使用聚羧酸類外加劑調(diào)節(jié)水泥漿性能時(shí)偶爾發(fā)生水泥漿異常膠凝現(xiàn)象的原因,用油井水泥分別與聚羧酸減水劑(pcm)、聚羧酸緩凝劑(dhtr)制備異常膠凝油井水泥漿樣品;根據(jù)紅外光譜掃描、x線熒光光譜掃描、掃描電鏡觀察及電子能譜圖,分析混合后水泥漿中膠凝與未膠凝部分,判斷反應(yīng)過(guò)程及成分結(jié)構(gòu)變化.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:聚羧酸與水化硅酸鈣、鋁酸三鈣發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),引起油井水泥漿異常膠凝;油井水泥漿中硅和鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高會(huì)加重異常膠凝程度.該研究結(jié)果對(duì)防止油井水泥漿異常膠凝具有參考意義.

水泥和外加劑常識(shí) 山西凱迪建材有限公司 研發(fā)中心 第一章水泥 一、水泥的分類：硅酸鹽水泥，鋁酸鹽水泥，鐵鋁酸 鹽水泥，硫酸鹽水泥四大類。 二、目前市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛的水泥是普通<po）硅酸鹽 水泥，凡有硅酸鹽水泥熟料加0-5％的石灰石或粒化高爐 礦渣和適量石膏，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱為硅酸鹽 水泥。 1、硅酸鹽水泥 <1）摻合料硅酸鹽水泥包括普通水泥、礦渣水泥、 火山灰水泥、粉煤灰水泥、復(fù)合水泥。 <2）特種硅酸鹽水泥包括中低熱水泥、道路水泥、 抗硫酸鹽水泥、白色水泥、快硬水泥。 <3）pi型水泥：水泥熟料+適量的石膏磨細(xì) pii型水泥：水泥熟料+5％以內(nèi)的石灰石或?；郀t 礦渣+適量石膏 2、硅酸鹽水泥的化學(xué)成分和礦物成分 <1）化學(xué)成分：氧化鈣cao60-67% 氧化硅sio219-24% 氧化鋁a12o34-7% 氧化鐵fe2o32-5% <2）有

針對(duì)北方地區(qū)冬季固井地層溫度低,水泥石強(qiáng)度發(fā)展緩慢的問(wèn)題,研制一種低溫早強(qiáng)劑qz—1,該早強(qiáng)劑可在低溫環(huán)境大大加快水泥的水化速度,使水泥石形成較高的早期強(qiáng)度。20℃時(shí),早強(qiáng)劑加量2%,12h抗壓強(qiáng)度即可達(dá)到3.6mpa,達(dá)到二次開(kāi)鉆對(duì)水泥石強(qiáng)度(3.5mpa)的要求,大大縮短候凝時(shí)間,提高鉆井速度,節(jié)約鉆井成本。

油井水泥低溫早強(qiáng)劑x-1由活性硅,固體醇胺和陰離子型聚合物復(fù)配而成。水灰比為0.42-0.52時(shí),加入10.0%的x-1可使水泥漿15℃稠化時(shí)間比凈水泥漿縮短40%-50%。在15℃下養(yǎng)護(hù)12h,24h的抗壓強(qiáng)度分別大于3.5mpa和6.5mpa。水泥漿體系的綜合性能滿足低溫井固井施工的基本要求。

針對(duì)水泥石低溫情況下強(qiáng)度發(fā)展緩慢,影響鉆井周期的具體情況,研制開(kāi)發(fā)了早強(qiáng)劑dz-z。dz-z由多種無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)化合物按一定的比例復(fù)合而成,具有雙重早強(qiáng)作用,它能明顯地提高低溫下水泥石的早期強(qiáng)度,并能改善水泥石結(jié)構(gòu),使之致密、滲透率降低。早強(qiáng)劑dz-z加量為0.5%~2.0%,適用溫度為0~50℃,8h水泥石抗壓強(qiáng)度大于3.5mpa,隨著加量的增加,水泥石強(qiáng)度也迅速增長(zhǎng)。同時(shí),早強(qiáng)劑dz-z基本不影響漿體的流變性能,還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工所需時(shí)間的長(zhǎng)短,用緩凝劑調(diào)節(jié)水泥漿稠化時(shí)間,但仍能使8h抗壓強(qiáng)度大于3.5mpa。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,低溫早強(qiáng)劑dz-z在低溫條件下明顯縮短了固井候凝時(shí)間,節(jié)約了鉆井作業(yè)成本。

水泥環(huán)可以認(rèn)為是一個(gè)先天帶有一定缺陷和微裂縫的脆性材料,這些微裂縫及缺陷使水泥環(huán)易受后續(xù)施工、射孔等影響,發(fā)生脆裂,或與套管、井壁剝離,影響油氣井后期開(kāi)采,縮短油氣井的壽命。塑性水泥可以很好地解決水泥環(huán)的脆裂問(wèn)題,它通過(guò)摻入高強(qiáng)度纖維,不僅可增加水泥石的強(qiáng)度,而且可改變水泥石的彈性。室內(nèi)采用具有不同長(zhǎng)度分布和合適長(zhǎng)徑比的混合短纖維(纖維長(zhǎng)度均小于4mm)、粒徑為0.180～0.280mm(60～80目)的橡膠粉、活性微粒和與之相匹配的激活劑制得了早強(qiáng)增韌劑zsj。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),zsj抗鹽性能優(yōu)良,與其它外加劑有良好的配伍性,增韌劑zsj的加入對(duì)水泥漿的施工性能基本無(wú)影響,但能大大改善水泥石的力學(xué)性能,水泥石抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和抗沖擊韌性均有不同程度的增長(zhǎng)。實(shí)彈射孔實(shí)驗(yàn)證明zsj水泥石能夠抵抗射孔等后續(xù)施工的沖擊,可有效提高水泥環(huán)封固質(zhì)量,防止地層流體竄層,延長(zhǎng)油井壽命。

采用聚醚a(bǔ)與b酸為原料,在以m(zno)∶m(naoh)=1∶1為催化劑的條件下發(fā)生酯化反應(yīng)。利用消泡、抑泡性能測(cè)試等手段,通過(guò)對(duì)影響反應(yīng)的溫度、時(shí)間、原料物質(zhì)的量比及催化劑用量等設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn),確定酯化的優(yōu)化條件:溫度120℃,反應(yīng)時(shí)間5h,催化劑用量0.6%,物料a與b的質(zhì)量之比1.2∶1,酯化率為79%。實(shí)驗(yàn)證實(shí),聚醚酯類消泡劑既保留有聚醚類消泡劑易于分散、表面張力低、穩(wěn)定性好、耐高溫的優(yōu)點(diǎn),且消泡能力更高,活性更強(qiáng)。

1 油井水泥組成、級(jí)別和類型 水泥是水硬性膠結(jié)材料，分為普通水泥和油井水泥。普通水泥也稱建筑水泥，列入astm 標(biāo)準(zhǔn)，而油井水泥列入api標(biāo)準(zhǔn)。油井水泥與普通水泥的根本區(qū)別在于:油井水泥具有嚴(yán)格的化 學(xué)成分和礦物組成，而且在生產(chǎn)時(shí)除允許加入3%-6%的二水石膏以外不得加其它材料。本節(jié)主 要介紹油井水泥的化學(xué)組成、級(jí)別和類型以及生產(chǎn)和應(yīng)用中的一些基本知識(shí)。 一、化學(xué)組成 水泥的質(zhì)量主要取決于化學(xué)成分，而先進(jìn)的分析方法已為獲得水泥的化學(xué)成分鋪平了道 路。表1.2.1列出g級(jí)hsr水泥的主要化學(xué)成分。由表中數(shù)據(jù)可以看出，波特蘭水泥包括4種 主要成分:鋁酸三鈣c3a(3cao·a12o3)；鐵鋁酸四鈣c4af(4cao·a12o3·fe2o3)；硅酸三鈣 c3s（3cao·sio2)；硅酸二鈣c2s(2cao·sio2)。通過(guò)各相顯微鏡檢查，熟料顆粒含有

1 油井水泥組成、級(jí)別和類型 水泥是水硬性膠結(jié)材料，分為普通水泥和油井水泥。普通水泥也稱建筑水泥，列入astm 標(biāo)準(zhǔn)，而油井水泥列入api標(biāo)準(zhǔn)。油井水泥與普通水泥的根本區(qū)別在于:油井水泥具有嚴(yán)格的化 學(xué)成分和礦物組成，而且在生產(chǎn)時(shí)除允許加入3%-6%的二水石膏以外不得加其它材料。本節(jié)主 要介紹油井水泥的化學(xué)組成、級(jí)別和類型以及生產(chǎn)和應(yīng)用中的一些基本知識(shí)。 一、化學(xué)組成 水泥的質(zhì)量主要取決于化學(xué)成分，而先進(jìn)的分析方法已為獲得水泥的化學(xué)成分鋪平了道 路。表1.2.1列出g級(jí)hsr水泥的主要化學(xué)成分。由表中數(shù)據(jù)可以看出，波特蘭水泥包括4種 主要成分:鋁酸三鈣c3a(3cao·a12o3)；鐵鋁酸四鈣c4af(4cao·a12o3·fe2o3)；硅酸三鈣 c3s（3cao·sio2)；硅酸二鈣c2s(2cao·sio2)。通過(guò)各相顯微鏡檢查，熟料顆粒含有

第1頁(yè) 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)g級(jí)油井水泥 1、主題內(nèi)容與適用范圍 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了g級(jí)油井水泥的定義、要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、 交貨與驗(yàn)收標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存。 2、引用標(biāo)準(zhǔn) gb10238-1998油井水泥標(biāo)準(zhǔn)及其引用標(biāo)準(zhǔn)。 3、定義 3.1g級(jí)油井水泥：由水硬性硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥經(jīng)熟 料，加入適量的石膏，磨細(xì)制成的產(chǎn)品。在粉磨與混合g級(jí)水 泥過(guò)程中，不允許摻加任何其他外加劑。 4、級(jí)別和類型 4.1g級(jí)油井水泥：該產(chǎn)品是一種基本油井水泥，有中抗硫酸鹽型 （msr）和高抗硫酸鹽型（hsr）兩種類型。 5、要求 5.1化學(xué)要求 序 號(hào) 品種 名稱 mgoso3(%)loss(%)不溶物（%）c3s(%)c3a(%)r2oc4af+2c3a(%) 第2頁(yè) 5.2物理性能要求 6.試驗(yàn)方法 序 號(hào) 品種名稱 拌合水 （%） 游離水 （m

油井水泥組成、級(jí)別和類型 水泥是水硬性膠結(jié)材料，分為普通水泥和油井水泥。普通水泥也稱建筑水泥，列入astm標(biāo)準(zhǔn)，而油井水泥列入api標(biāo)準(zhǔn)。油井水泥與 普通水泥的根本區(qū)別在于:油井水泥具有嚴(yán)格的化學(xué)成分和礦物組成，而且在生產(chǎn)時(shí)除允許加入3%-6%的二水石膏以外不得加其它材料。本節(jié)主要 介紹油井水泥的化學(xué)組成、級(jí)別和類型以及生產(chǎn)和應(yīng)用中的一些基本知識(shí)。 一、化學(xué)組成 水泥的質(zhì)量主要取決于化學(xué)成分，而先進(jìn)的分析方法已為獲得水泥的化學(xué)成分鋪平了道路。表1.2.1列出g級(jí)hsr水泥的主要化學(xué)成分。 由表中數(shù)據(jù)可以看出，波特蘭水泥包括4種主要成分:鋁酸三鈣c3a(3cao·a12o3)；鐵鋁酸四鈣c4af(4cao·a12o3·fe2o3)；硅酸三鈣c3s （3cao·sio2)；硅酸二鈣c2s(2cao·sio2)。通過(guò)各相顯微鏡檢查，熟料顆粒含有4種礦物成分(熟

以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(amps)、丙烯酰胺(am)和丙烯酸(aa)為共聚單體,以過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑,通過(guò)自由基聚合合成了一種新型的三元共聚物油井水泥降失水劑(sz1-1)。用紅外光譜、熱重分析對(duì)聚合物結(jié)構(gòu)和抗溫性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明,該降失水劑具有良好的失水控制能力和抗溫性,在120℃以下,sz1-1加量為4.0%時(shí)失水可控制在50ml以內(nèi)；在180℃時(shí),sz1-1加量為6.0%時(shí)失水可控制在50ml以內(nèi)；降失水劑與常用的減阻劑、緩凝劑、膨脹劑、早強(qiáng)增塑劑有良好的配伍性,水泥漿體系抗壓強(qiáng)度大于14mpa,稠化時(shí)間可調(diào),綜合性能優(yōu)良。成功將該降失水劑用于川東北某井的高溫固井作業(yè)中,綜合性能滿足工程要求,固井質(zhì)量良好。

隨著對(duì)稠油井、超深井等高溫井開(kāi)采力度的加大,cao及鈣釩石類傳統(tǒng)油井水泥膨脹劑因其高溫性能不穩(wěn)定而無(wú)法滿足固井需要,以mgo為主要成分的鎂質(zhì)油井水泥膨脹劑有望在高溫井固井中得到更為廣泛的應(yīng)用。列舉了mgo膨脹劑應(yīng)用于油井水泥的國(guó)內(nèi)外研究成果,從中可以得出,mgo煅燒溫度須與使用溫度滿足一定的匹配關(guān)系;高摻量（12%）mgo可優(yōu)化80℃三維受限狀態(tài)的水泥石孔徑并提高其抗壓強(qiáng)度,但5%-10%摻量的mgo會(huì)降低135-150℃下加砂水泥石的抗壓強(qiáng)度;水泥石因mgo產(chǎn)生的徑向膨脹能夠顯著提高二界面膠結(jié)強(qiáng)度,改善封隔質(zhì)量,對(duì)存在劣質(zhì)泥餅的二界面膠結(jié)強(qiáng)度亦有增強(qiáng)效果。以上結(jié)果對(duì)以mgo為主要成分的高溫復(fù)合型防竄劑研究及應(yīng)用推廣具有一定的指導(dǎo)意義。

　第30卷第2期硅酸鹽學(xué)報(bào)vol.30,no.2 　2002年4月journalofthechineseceramicsocietyapril,2002 g級(jí)油井水泥的水化及硬化 張景富1,俞慶森1,徐　明2,高莉莉2,肖海東2 (1.浙江大學(xué)化學(xué)系,杭州　310027;2.大慶鉆井技術(shù)研究所,大慶　151400) 摘　要:研究了g級(jí)油井水泥在不同溫度條件下的水化硬化特點(diǎn)及強(qiáng)度性能.分析了不同條件下硬化漿體水化產(chǎn)物的組成、形態(tài)及顯微結(jié)構(gòu) 的變化特點(diǎn),揭示了不同溫度及外加劑條件下水泥石強(qiáng)度發(fā)展及變化規(guī)律,闡明了溫度對(duì)水泥石強(qiáng)度性能產(chǎn)生影響的內(nèi)在本質(zhì).確立了強(qiáng)度 衰退的臨界溫度及抑制強(qiáng)度衰退的合理加砂量. 關(guān)鍵詞:g級(jí)油井水泥;水化硬化;水化產(chǎn)物;顯微結(jié)構(gòu);

系統(tǒng)研究了不同配比的礦渣石膏體系對(duì)改善g級(jí)油井水泥膨脹性能和力學(xué)性能的影響。通過(guò)汞壓入法(methodofmercuryintrusionporemeasurement,mip)和掃描電鏡(sem)等現(xiàn)代測(cè)試方法對(duì)礦渣油井水泥的水化硬化特性和機(jī)理進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:摻加礦渣石膏后能顯著改善油井水泥石的早期強(qiáng)度;并且該體系在50℃養(yǎng)護(hù)溫度下,通過(guò)石膏的不同摻量,可以獲得比較好的早期膨脹數(shù)據(jù);通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)的分析,驗(yàn)證了石膏對(duì)礦渣油井水泥體系的激發(fā)作用。

油井水泥漿的流變性是注水泥施工的一個(gè)重要工藝參數(shù),是水泥漿配方設(shè)計(jì)的核心以及安全施工的前提。分別從油井水泥漿組成成分(石膏加量、比表面積、分散劑)、工作環(huán)境(溫度、壓力)、施工參數(shù)(攪拌速度、攪拌時(shí)間)和水泥漿的水灰比等方面通過(guò)試驗(yàn)來(lái)研究影響水泥漿流變性的因素。研究結(jié)果表明:隨石膏摻量的增多,水泥顆粒的比表面積增加,水泥漿的流動(dòng)性能隨之變差,而比表面積為320~350m2/kg時(shí),水泥漿流變性能變化不大;提高攪拌速度和增長(zhǎng)攪拌時(shí)間能提高水泥漿流變性能;隨溫度的升高水泥漿的流變性表現(xiàn)為先提高后變差的變化趨勢(shì),該試驗(yàn)條件下當(dāng)溫度高于70℃時(shí)水泥漿的流變性能明顯變差,但壓力對(duì)于水泥漿流變性影響不大。