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空心微珠低密度水泥浆在高温下的水化特性

赵琥 马春旭 宋维凯 田野 邹亦玮 孙超

赵琥,马春旭,宋维凯,等. 空心微珠低密度水泥浆在高温下的水化特性[J]. 钻井液与完井液,2024,41(5):654-660 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.05.013
引用本文: 赵琥,马春旭,宋维凯,等. 空心微珠低密度水泥浆在高温下的水化特性[J]. 钻井液与完井液,2024,41(5):654-660 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.05.013
ZHAO Hu, MA Chunxu, SONG Weikai, et al.High temperature hydration of low density cement slurries weighted with hollow microspheres[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2024, 41(5):654-660 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.05.013
Citation: ZHAO Hu, MA Chunxu, SONG Weikai, et al.High temperature hydration of low density cement slurries weighted with hollow microspheres[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2024, 41(5):654-660 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.05.013

空心微珠低密度水泥浆在高温下的水化特性

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.05.013
基金项目: 中国海洋石油集团公司项目“高温高压水泥浆技术研究”II期(CNOOC-KJ 135 ZDXM 06ZJ-3)。
详细信息
    作者简介:

    赵琥,正高级工程师,1977年生,毕业于长江大学石油与天然气工程专业,研究方向为固井工程。电话 (0316)3366329;E-mail:zhaohu4@cosl.com.cn

  • 中图分类号: TE256

High Temperature Hydration of Low Density Cement Slurries Weighted with Hollow Microspheres

  • 摘要: 空心微珠主要是硼硅酸盐玻璃材质制成,内部富含SiO2组分,在120 ℃、150 ℃下,对不同龄期微珠低密度水泥浆抗压强度、渗透率、微观分析、稠化可调性进行了测试,确认了空心微珠对高温水化特性的影响。研究结果表明,120、150 ℃下,空心微珠中的硅质组分均参与了水泥水化,对水泥石强度起到了抑制或补偿抑制作用,其中120 ℃时仅16%空心微珠可以在28 d之内起到抑制抗压强度衰退作用,150 ℃时抑制衰退则需要内掺一定的硅粉,确保硅粉含量与空心微珠含量之和达到40%以上;高温下微珠因参与反应表面形成显著的孔隙轮廓,随着养护龄期延长,水泥石总孔隙增多,无硅粉配方增加的孔径以50~100 nm的毛细孔居多,渗透率随着养护龄期的延长逐步增大,由最初的0.003 mD增加至0.011 mD,增幅较为明显,但渗透率净值并不大;内掺硅粉增加的孔径以小于50 nm的凝胶孔居多,渗透率随养护龄期延长基本变化不大;在没有硅粉情况下,14 d时水泥石中Ca(OH)2相消失,与玻璃微珠反应生成C—S—H凝胶,添加硅粉配方水化产物中未见Ca(OH)2相,反应迅速,生成具有良好抗衰退作用的托博莫来石相,起到较好的防止衰退作用;稠化时间具有可调性,硅粉和空心微珠都不会对水泥浆高温早期水化规律性造成不良影响。

     

  • 图  1  各配方水泥石不同温度不同养护龄期的强度性能

    图  2  配方A 在 60 ℃养护 14 d 的扫描电镜图

    图  3  配方A在 60 ℃养护 28 d 的扫描电镜图

    图  4  配方 A 在 120 ℃养护 14 d 的扫描电镜图

    图  5  配方 A 在 120 ℃养护28 d 的扫描电镜图

    图  6  配方 A 在 150 ℃养护14 d的扫描电镜图

    图  7  配方A 在 150 ℃养护 28 d 的扫描电镜图

    图  8  配方B 在 150 ℃养护14 d的扫描电镜图

    图  9  配方 B 在 150 ℃养护28 d的扫描电镜图

    图  10  不同配方水泥石在不同养护龄期的渗透率

    图  11  配方A 水泥石的孔径分布曲线

    图  12  配方D 水泥石的孔径分布曲线

    图  13  配方A不同养护龄期的XRD图谱

    图  14  配方D不同养护龄期的XRD图谱

    图  15  稠化时间随高温缓凝剂加量变化曲线

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-05-04
  • 修回日期:  2024-06-10
  • 刊出日期:  2024-11-07

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