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可渗透性微细水泥体系防砂技术研究

作　者: 陈二丁
导　师: 刘崇建；陈大钧
学　校: 西南石油学院
专　业: 油气井工程
关键词: 可渗透微细水泥渗透率抗压强度增渗剂促渗剂化学防砂缓凝剂降失水剂分散剂
分类号: TE358.1
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

本论文是“九五”中国石油与天然气集团公司导向项目(237)更深入细致的研究。目前油井防砂多是采用机械防砂和树脂防砂技术，对于无机类防砂材料的研究却比较少。研究能适合较宽温度范围、不同出砂油井防砂需要的可渗透微细水泥防砂技术，不仅能拓宽油井水泥的应用范围，而且能进一步发挥微细水泥在油田开发中的优势。是一种新的水泥体系，为防砂提供了一种新的技术思路，即是在钻井完后，在固井施工时对于可能出砂的层段就考虑采用可渗透性微细水泥充填以代替裸眼完井、砾石填充等常规完井工艺。这将是裸眼完井技术的一种革新。本文针对地层孔隙特征选择了微细水泥，并在分析微细水泥的水化特点、水化产物和微细水泥石孔隙结构的基础上，提出了增大微细水泥石渗透率的途径，即增加微细水泥石的孔隙孔径和孔隙数量并使其相互连接。本文经过大量实验，最终合成了GS-5材料，它是以复杂的天然有机物GD为原料自行进行化学改性的产物。并辅以无机材料MD，制得了提高微细水泥渗透性的增渗外加剂GS-5~e。同时，为了使渗透率进一步的提高，增强增渗剂的使用效果，本文又研制了适合具体施工要求的促渗剂CJW，它主要是一种内部含有毛细管道的纤维状物质，能够增强孔隙与孔隙之间的连通促进GS-5~e对微细水泥石渗透率的进一步改善。能使微细水泥石的渗透率和抗压强度分别在0.09um~2～1.5um~2和6MPa～8MPa内调节，可阻挡粒径在0.0074cm以上的砂粒通过。根据G级微细水泥的结构、水化过程和机理，研制的可渗透微细水泥体系专用缓凝剂、降失水剂和防高温衰退剂，以及优选的分散剂，除了具有良好的主要性能外，还具有较好的综合性能和对其它性能影响小的特点。并对可渗透微细水泥体系的综合性能和防砂能力进行了试验分析研究。结果表明该可渗透微细水泥具有良好的施工性能，较强的阻挡出砂的能力和抗一般地层流体腐蚀能力。既能应用于先期防砂，又能应用于后期防砂，是一种有发展潜力的防砂技术。中文摘要本文运用扫描电镜、电子探针、X衍射分析等手段研究了可渗透微细水泥胶结物和孔隙结构特性。通过该项研究明确了增加微细水泥石渗透率的途径，从而为研制更好的作用剂提供了理论依据。为开发研制适用于各种井况的可渗透微细水泥用系列处理剂奠定了基础。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-11
1 绪论  11-22
  1．1 防砂技术概述  11-13
    1．1．1 为什么要防砂  11-12
    1．1．2 防砂的定义  12
    1．1．3 防砂的机理  12-13
  1．2 国内外研究发展概况  13-18
    1．2．1 国外化学防砂技术情况  13-14
    1．2．2 国内化学防砂技术情况  14-17
    1．2．3 微细水泥在油田中的研究应用  17-18
  1．3 本文立论依据及研究目的  18-19
  1．4 本文的研究内容及思路  19-22
    1．4．1 本课题的技术思路  19-20
    1．4．2 研究的主要内容  20-22
2 水泥材料的分析及其选择  22-31
  2．1 水泥的品种  22
  2．2 水泥的选择  22-24
  2．3 G级微细油井水泥分析  24-31
    2．3．1 微细水泥的矿物结构  24-25
    2．3．2 微细水泥的水化特点  25-28
    2．3．3 水泥石的孔隙结构  28-31
3 提高微细水泥石渗透性的作用剂研究  31-45
  3．1 增渗剂的设计  31-32
  3．2 增渗剂的合成  32-40
    3．2．1 GS-5的改性  32-37
      3．2．1．1 实验方法  35
      3．2．1．2 改性剂用量比的确定  35-36
      3．2．1．3 改性剂加量的确定  36-37
      3．2．1．4 反应时间的确定  37
    3．2．2 GS-5~e的制备  37-40
      3．2．2．1 实验方法  37-39
      3．2．2．2 增渗剂GS-5~e的研制  39-40
    3．2．3 增渗剂对渗透率、抗压强度的影响  40
  3．3 促渗剂的研究  40-45
4 可渗透微细水泥用其它外加剂的研究  45-65
  4．1 水泥浆外加剂概述  45-46
  4．2 可渗透水泥用缓凝剂研究  46-51
    4．2．1 缓凝剂的作用机理  46-47
    4．2．2 渗透水泥缓凝剂研究及其特性  47-51
      4．2．2．1 PN-1的缓凝作用  48-50
      4．2．2．2 PN-1对可渗透水泥其它性能的影响  50-51
  4．3 可渗透水泥用降失水剂研究  51-55
    4．3．1 降失水剂的类型  52-53
    4．3．2 CDJ的降失水性能  53-54
    4．3．3 CDJ的配伍性  54-55
  4．4 可渗透水泥用分散剂研究  55-59
    4．4．1 分散剂的种类及作用机理  55-56
    4．4．2 分散剂的选择  56-57
    4．4．3 SXY-2的性能检验  57-59
      4．4．3．1 SXY-2的抗盐性  57
      4．4．3．2 SXY-2的分散性能  57-58
      4．4．3．3 SXY-2对渗透率、强度的影响  58
      4．4．3．4 SXY-2对稠化时间的影响  58-59
      4．4．3．5 SXY-2对失水和析水的影响  59
  4．5 可渗透水泥用高温稳定剂研究  59-65
    4．5．1 高温条件下微细水泥强度的衰退  59-60
    4．5．2 微硅-石英砂高温稳定剂对强度的影响  60-65
      4．5．2．1 微硅-石英砂的抗高温作用  61-63
      4．5．2．2 微硅-石英砂的配伍性  63-65
5 可渗透微细水泥体系的研究  65-75
  5．1 可渗透微细水泥浆配方的设计  65
  5．2 水泥与石英砂用量比的初步确定  65-66
  5．3 其它组分用量的确定  66-71
  5．4 水泥与石英砂用量比的最终确定  71-75
6 可渗透微细水泥浆施工性能研究  75-98
  6．1 对水泥浆性能要求概述  75-76
  6．2 渗透性微细水泥浆的流动度  76-78
    6．2．1 实验目的、方法  77
    6．2．2 实验结果及讨论  77
    6．2．3 流动度的调试  77-78
  6．3 渗透性微细水泥浆水灰比（W／C）的确定  78-81
    6．3．1 实验方法  79-80
    6．3．2 实验结果和讨论  80-81
  6．4 渗透性微细水泥失水控制  81-82
    6．4．1 实验方法  81-82
    6．4．2 实验结果及讨论  82
  6．5 渗透性微细水泥浆稠化时间  82-87
    6．5．1 实验方法  83
    6．5．2 实验结果及讨论  83-87
  6．6 渗透性微细水泥侯凝时间、适用温度  87-93
    6．6．1 实验方法  89
    6．6．2 实验结果与讨论  89-93
      6．6．2．1 适用温度范围  89-91
      6．6．2．2 水泥侯凝时间  91-93
  6．7 加温处理条件的确定  93-98
    6．7．1 热油处理  93-95
    6．7．2 蒸汽处理  95-98
7 可渗透微细水泥石防砂性能研究  98-113
  7．1 颗粒粒度配级研究  98-106
    7．1．1 石英砂与增渗剂的配级关系  98-99
    7．1．2 可渗透微细水泥石渗透率预测  99-106
  7．2 可渗透微细水泥石防砂能力评价  106-111
    7．2．1 防砂性能要求  106-107
    7．2．2 可渗透微细水泥石的耐腐蚀性  107-109
      7．2．2．1 水泥石可能受到的腐蚀类型  107
      7．2．2．2 微细水泥石抗腐蚀性能实验  107-109
    7．2．3 可渗透微细水泥石阻挡出砂性能  109-110
    7．2．4 可渗透微细水泥石耐油流冲刷能力  110-111
  7．3 防砂施工方案设计思路  111-113
    7．3．1 先期防砂  111
    7．3．2 后期防砂  111-113
8 可渗透微细水泥石渗透机理研究  113-128
  8．1 X扫描电镜实验  113-126
    8．1．1 可渗透微细水泥石与纯微细水泥石的对比  113-115
    8．1．2 GS-5~e的增渗作用机理  115-121
    8．1．3 CJW促渗剂的作用机理  121-123
    8．1．4 GS-5的析出机理  123-126
  8．2 结果分析  126-128
9 结论及建议  128-130
致谢  130-131
参考文献  131-137
附录  137-138

可渗透性微细水泥体系防砂技术研究

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