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深井水泥水化机理研究

作　者: 徐永辉
导　师: 范振中；杨智光
学　校: 大庆石油学院
专　业: 石油与天然气工程
关键词: 深井水泥水化机理水泥石强度稠化时间水化产物
分类号: TE256
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

在水泥水化过程中,随着温度的提高,钙矾石反应期和C3S水化期提前,水化反应时间减少,诱导期缩短。原浆水泥石强度随着养护温度(80～200℃)的提高,有两个强度衰退临界温度点,即110℃和150℃。原浆水泥石强度的这种衰退程度随温度的升高而增强,而产生衰退的起始时间随温度的增高而提前;加砂水泥在一定温度(80～200℃)下,强度发育随时间呈二级台阶(110～150℃)或突跃式增长(150℃后)的形式发展。确定了合理的硅砂加量范围一般在20%～50%之间,并且随温度升高,硅砂加量越大对强度发育及抗强度衰退越有利。原浆水泥在80～110℃以内的主要硅酸盐水化产物为:C2SH2、CSH(Ⅱ)、C3S2H3,呈网络状形态,具有良好的胶结性能;而当温度超过110℃时,水泥石中出现了低强度高渗透率的板块状水化硅酸二钙(C2SH),造成水泥石的强度衰退,并在高于150℃后,数量急剧增多。在水泥中加入硅砂时,在110～150温度范围内,或110℃养护时间超过3天,水泥石中分别出现了由纤维针状结晶C5S6H5,温度超过150℃后,又出现粗大针状结晶硬硅钙石C6S6H,这两种产物在一定程度上有效地抑制水泥石强度的高温衰退现象。明确了缓凝剂对浆体稠化时间的影响程度及适用温度范围与自身分子结构有密切关系。提出了在考虑现场施工水泥浆配方设计时,应充分考虑所选缓凝剂的高温稳定性,并在兼顾考虑对水泥水化过程特性影响、水泥石强度及与其它外加剂配伍性等条件下确定合适的加量。另外,评价了稠化时间曲线与静胶凝强度发育趋势间的对应关系。研究结果为优选和设计以G级油井水泥为基础的深井水泥浆体系及配方提供了基础和依据,对油田固井具有较强的指导作用,并针对80～200℃各温度段提出了水泥浆体系初步设计方案。2005年抗高温水泥浆分别在大庆油田卫25井、升深7井、达深1井、徐深1井、徐深2井进行了现场试验,有效的满足了五口井的施工和保证了五口井的固井质量。截止2006年底,抗高温水泥浆分别在大庆油田庆深气田、大庆外围深层、大庆深层斜井、水平井分支井等46口深井上应用,取得了较好的固井效果。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
创新点摘要  6-9
引言  9-11
第1章水泥水化反应机理  11-17
  1.1 G 级油井水泥的矿物组成  11
  1.2 水泥的水化过程  11-17
    1.2.1 常温下水泥水化的基本过程  12-13
    1.2.2 温度及外加剂对水泥水化过程的影响  13-17
第2章水泥石强度发育规律研究  17-26
  2.1 原浆水泥石强度的变化规律研究  17-20
    2.1.1 不同温度下水泥石强度随时间的变化规律  17-19
    2.1.2 水泥石强度随温度的变化规律研究  19-20
  2.2 加砂水泥石强度变化规律研究  20-23
    2.2.1 加砂水泥石强度随时间的变化规律  20-22
    2.2.2 加砂水泥石强度随温度的变化规律  22-23
  2.3 缓凝剂对水泥石强度的影响规律研究  23-26
第3章高温下水泥浆的流变性研究  26-36
  3.1 高温下影响水泥浆稠化时间的因素  26-31
    3.1.1 温度、压力对稠化时间的影响  26-27
    3.1.2 缓凝剂对水泥浆稠化时间的影响  27-30
    3.1.3 稠化时间与静胶凝强度之间的关系  30-31
  3.2 高温下水泥浆流变性能研究  31-36
    3.2.1 水泥浆的分散机理  32-33
    3.2.2 温度对流变性的影响  33-35
    3.2.3 外加剂对流变性的影响  35-36
第4章高温水泥水化产物的 X-衍射及微观分析  36-44
  4.1 高温水泥水化产物的 X-衍射分析  36-40
    4.1.1 原浆水泥石的水化产物的 X-衍射图分析  36-38
    4.1.2 加砂水泥水化产物的 X-衍射分析  38-40
  4.2 高温下水泥水化产物的显微结构分析  40-44
    4.2.1 硅酸钙水合物的结构  40-41
    4.2.2 高温下水泥石的显微结构形态  41-42
    4.2.3 含硅砂水泥石的形貌及硅砂的界面特征  42-44
第5章高温深井水泥的现场应用  44-49
  5.1 国内外同类产品分析及对比  44-45
  5.2 高温深井水泥浆初步方案设计  45-47
  5.3 高温深井水泥浆体系在深井固井中的应用  47-49
结论  49-50
参考文献  50-52
致谢  52-53
详细摘要  53-61

深井水泥水化机理研究

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