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新型油井水泥用纳米基促凝早强剂

卢海川 朱海金 王健栋 许得禄 金凯 高继超 张翔瑞 石凌龙

卢海川,朱海金,王健栋,等. 新型油井水泥用纳米基促凝早强剂[J]. 钻井液与完井液,2024,41(1):119-124 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.01.014
引用本文: 卢海川,朱海金,王健栋,等. 新型油井水泥用纳米基促凝早强剂[J]. 钻井液与完井液,2024,41(1):119-124 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.01.014
LU Haichuan, ZHU Haijin, WANG Jiandong, et al.A new nanometer accelerating early strengthen agent for oil well cement[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2024, 41(1):119-124 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.01.014
Citation: LU Haichuan, ZHU Haijin, WANG Jiandong, et al.A new nanometer accelerating early strengthen agent for oil well cement[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2024, 41(1):119-124 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.01.014

新型油井水泥用纳米基促凝早强剂

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.01.014
基金项目: 中国石油天然气集团公司技术攻关项目“海外超深水钻完井工程关键技术研究”(2021DJ2506)。
详细信息
    作者简介:

    卢海川,高级工程师,1985年生,天津大学化工学院在读博士,现主要从事固井材料和水泥浆体系的研究。电话 (022)66315258;E-mail:luhc@cnpc.com.cn。

  • 中图分类号: TE256.6

A New Nanometer Accelerating Early Strengthen Agent for Oil Well Cement

  • 摘要: 针对传统油井水泥促凝剂存在的腐蚀套管、增稠及早强作用较弱等问题,根据结构设计,通过溶液法合成了一种新型纳米基促凝早强剂A-1,并对其综合性能及作用机理进行了研究探讨。实验表明,该纳米基促凝早强剂在改善水泥浆流变的同时可显著缩短中低温下水泥浆的稠化时间,明显加快水泥石强度发展,稠化时间之比可达0.33,起强度时间可缩短50%,6 h抗压强度可达净浆的5倍以上,后期强度提高率仍可达29%。此外,该纳米基促凝早强剂还可明显缩短水泥浆静胶凝过渡时间,表现出良好的防窜作用。微观分析表明,该纳米基促凝早强剂可通过成核模板效应改变水泥石微观形貌,加速水泥石水化,使水泥石更加致密,从而改善水泥石力学性能。

     

  • 图  1  不同温度下水泥浆稠化时间与A-1加量的关系

    图  2  不同温度下水泥浆稠化过渡时间与A-1加量的关系

    图  3  30 ℃不加A-1的水泥浆静胶凝强度发展曲线

    图  4  30 ℃加4.0%A-1的水泥浆静胶凝强度发展曲线

    图  5  纳米基促凝早强剂对水泥石微观形貌的影响

    图  6  加入纳米基促凝早强剂前后水泥石的XRD曲线

    表  1  低温下纳米基促凝早强剂对抗压强度发展的影响

    A-1/
    %
    p/MPa
    10 ℃20 ℃30 ℃
    12 h24 h48 h8 h20 h24 h6 h8 h24 h
    001.96.805.96.400.512.2
    30.35.113.50.513.215.84.95.424.1
    51.27.517.61.517.622.96.57.932.1
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    表  2  中低温下纳米基促凝早强剂对  水泥石抗压强度发展的影响

    T/
    A-1/
    %
    起强度时间/
    min
    p/MPa
    6 h8 h24 h
    300.02960.41.110.9
    304.01154.06.918.4
    500.02862.38.023.8
    502.514211.916.728.1
    800.02712.27.824.3
    802.013212.017.029.6
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    表  3  加入纳米基促凝早强剂A-1对水泥石长期强度的影响

    A-1/
    %
    p24 h/MPap7 d/MPa
    40 ℃80 ℃40 ℃80 ℃
    0.019.626.343.040.3
    2.026.333.544.347.6
    3.032.638.645.751.3
    4.035.339.646.352.0
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    表  4  纳米基促凝早强剂对水泥浆流变性能的影响

    A-1/
    %
    T/
    φ3φ6φ100φ200φ300nK/
    Pa·sn
    02023286173860.316.25
    2.52020254761730.403.06
    3.52015203850630.461.83
    5.02016213750620.471.69
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    表  5  不同温度下水泥浆静胶凝过渡时间的评价结果

    T/
    A-1/
    %
    静胶凝强度
    过渡时间/min
    T/
    A-1/
    %
    静胶凝强度
    过渡时间/min
    300106502.55
    302.526800.020
    304.017801.515
    50019802.512
    501.512
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-09-02
  • 修回日期:  2023-10-09
  • 录用日期:  2023-10-09
  • 刊出日期:  2024-01-30

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