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高温合成水化硅酸钙对油井水泥水化进程的影响

刘学鹏

刘学鹏. 高温合成水化硅酸钙对油井水泥水化进程的影响[J]. 钻井液与完井液,2022,39(2):200-207 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.02.012
引用本文: 刘学鹏. 高温合成水化硅酸钙对油井水泥水化进程的影响[J]. 钻井液与完井液,2022,39(2):200-207 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.02.012
LIU Xuepeng.Effects of high temperature synthesized calcium silicate hydrate on hydration process of oil well cement[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2022, 39(2):200-207 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.02.012
Citation: LIU Xuepeng.Effects of high temperature synthesized calcium silicate hydrate on hydration process of oil well cement[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2022, 39(2):200-207 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.02.012

高温合成水化硅酸钙对油井水泥水化进程的影响

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.02.012
基金项目: 国家科技重大专项课题“彭水地区常压页岩气勘探开发示范工程”(2016ZX05061)和中石化科研项目“油井水泥水化产物结构诱导材料研究”(GCY-2020-CX-03)部分研究内容
详细信息
    作者简介:

    刘学鹏,博士,高级工程师,1982年生,2010年毕业于中国科学院,主要从事油田化学品和材料开发工作。E-mail:lxpfj@tju.edu.cn

  • 中图分类号: TE256.6

Effects of High Temperature Synthesized Calcium Silicate Hydrate on Hydration Process of Oil Well Cement

  • 摘要: 以氧化钙、氢氧化钙、白炭黑等为主要原料,在160 ℃、80 MPa下,通过高温水热合成法合成了颗粒状水化硅酸钙晶体,并研究了其对油井水泥水化的影响。结果表明,合成的颗粒状水化硅酸钙晶体能使水泥水化放热量增加超过1倍,且能够显著加快水泥浆的放热速率;合成材料的粒径大小对水泥浆水化过程有一定影响,粒径为纳米级时水泥浆放热速率和总放热提高更为明显,一定加量下具有早强、增强水泥石强度的作用。研究表明水泥的钙硅比会影响水泥水化规律,相关机理需要进一步深入研究。

     

  • 图  1  样品扫描电镜形貌

    图  2  3种样品的XRD谱

    图  3  不同温度下净浆与加入合成C—S—H晶体   水泥浆的水化放热速率(水灰比为0.44)

    图  4  不同温度下净浆与加入合成CSH晶体水泥浆 的水化放热曲线(水灰比为0.44)

    图  5  不同含量合成CSH晶体水泥浆的水化放热  速率与水化放热曲线(水灰比为0.44)

    图  6  35%硅粉水泥浆的水化放热速率与  水化放热曲线(水灰比为0.44)

    图  7  含3%GA的水泥浆水化热曲线(水灰比为0.44)

    图  8  含3% HEDP的不同水泥浆的    水化热曲线(水灰比为0.44)

    表  1  合成样品的原料组成

    样品原料催化剂
    1#CaO、白炭黑DZH-1
    2#Ca(OH)2、白炭黑DZH-1
    3#CaO、白炭黑DZH-2
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    表  2  1#样品对无硅粉中低温水泥浆性能的影响

    样品t稠化/minp48 h/MPa30 ℃静胶凝
    强度时间/h
    100 ℃120 ℃30 ℃120 ℃
    净浆33512814.32.427
    3%1#样品32511018.46.317
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    表  3  1#和3#样品对纯水泥浆常压、加压养护强度的影响

    样品p48 h/MPa
    (45 ℃、
    常压)
    p48 h/MPa
    (90 ℃、
    常压)
    p48 h/MPa
    (45 ℃、
    10 MPa)
    p48 h/MPa
    (90 ℃、
    10 MPa)
    净浆19.021.734.736.90
    1%1#样品20.826.0
    3%1#样品21.627.2
    5%1#样品22.326.940.642.70
    10%1#样品18.722.0
    5%3#样品13.514.619.620.55
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    表  4  1#样品对加硅粉水泥浆加压养护  强度的影响(150 ℃/10 MPa)

    样品p48 h/MPaP72 h/MPa
    净浆14.925.1
    5%1#样品17.526.4
    10%1#样品14.725.3
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    表  5  1#样品对加硅粉水泥浆水化进程中的作用

    1#样品60 ℃静胶凝
    强度时间/h
    t稠化/min
    (160 ℃)
    净浆76285
    1%63275
    2%60305
    3%40321
    4%39335
    5%60340
    3%+0.5%NaCl48
    3%+2.0%NaCl53
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    表  6  3#样品对加硅粉水泥浆水化进程中的作用

    3#样品/%t稠化/min
    (150 ℃)
    30 ℃静胶凝
    强度时间/h
    60 ℃静胶凝
    强度时间/h
    037020076
    538019696
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-11
  • 修回日期:  2022-01-28
  • 录用日期:  2021-11-17
  • 刊出日期:  2022-06-23

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