降低G级油井水泥游离液实验_章杰.pdf

2023年第1期中图分类号：TQ172.6文献标志码：B文章编号：1007-0389（2023）01-15-03【DOI】10.13697/ki.32-1449/tu.2023.01.004降低G级油井水泥游离液实验章杰，任宁宁，李辉，程海平（葛洲坝石门特种水泥有限公司，湖北石门415302）摘要：通过对辅助材料的优选实验，得到有利于降低G级油井水泥游离液的最优材料海泡石及掺比。按照最优掺比进行大磨实验，降低G级油井水泥游离液3.5%，流动度160 mm，且其他性能指标满足国家标准的要求。关键词：游离液；海泡石；流动度Experiment on reducing grade G free fluid of oil well cementZhang Jie,Ren Ningning,Li Hui,Cheng Haiping(Gezhouba Shimen Special Cement Co.,Ltd.,Shimen 415302,China)Abstract：Through the optimization experiment of auxiliary materials,the best material sepiolite and its mixing ratio that is conduciveto reducing the free liquid of grade G oil well cement are obtained.Carry out big grinding test according to the optimal mixing ratio,reduce the free liquid of Grade G oil well cement 3.5%,the fluidity 160 mm,and other performance indicators meet the requirementsof national standards.Key words:free liquid;sepiolite;mobility0引言油井水泥专用于油井、气井的固井工程，又称堵塞水泥。它的主要作用是将套管与周围的岩层胶结封固，封隔地层内油、气、水层，防止互相串扰，以便在井内形成一条从油层流向地面且隔绝良好的油流通道。油井水泥的基本要求为：水泥浆在注井过程中要有一定的流动性和适合的密度；水泥浆注入井内后，应较快凝结，并在短期内达到相当的强度；硬化后的水泥浆应有良好的稳定性和抗渗性、抗蚀性。G级油井水泥中，游离液含量影响着水泥浆的稳定性，游离液含量越高的水泥浆，稳定性越差。因此，降低油井水泥中游离液的含量对油井水泥以及固井质量的提升有着重要的意义。本文主要通过对掺加料进行优选实验，研究最佳配比方案，达到游离液3.5%、流动度160 mm，其他指标满足国家标准要求。1降低游离液材料优选实验1.1材料预处理通过对备选材料油井水泥、矿粉、生物灰、矽砂、海泡石等进行烘干，用小磨粉磨，经过80 m筛余，其筛余量10%，装入密封袋中保存使用。其中：矿粉为自有矿山采矿粉末；生物灰为生物发电厂燃料煅烧后产生的废灰，质轻细小,疏松多孔，具有良好的吸水性1。海泡石是一种具层链状结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物，为斜方晶系或单斜晶系，一般呈块状、土状或纤维状集合体；硬度23,密度2.02.5 g/cm3，收缩率低,可塑性好，比表面积大,吸附性强。1.2材料化学分析对实验所需各种原材料进行化学成分分析，其分析结果见表1、2。表1油井水泥指标分析品种油井水泥比表面积（m2kg-1）343初稠BC16.4稠化时间min106游离液%5.53流动度mm18538 抗压强度MPa4.1560 抗压强度17.95表2材料化学成分分析%品 种矿粉生物灰矽砂海泡石烧失量41.095.480.5824.63SiO24.2072.8896.8236.21Al2O31.333.911.772.46Fe2O30.451.610.141.42CaO50.107.860.2523.53MgO1.581.850.2411.1SO30.070.400.12由表1、2可知，G级油井水泥游离液5.53%，虽然满足国家标准的要求，但在油田实际施工过程中，因油田特殊环境的不同，客户要求游离液指标3.5%，流动度160 mm。1.3材料优选实验将 G 级油井水泥分别与其他四种实验材料混合，混合材掺量按1.0%配比，配制样品,充分混匀后进行实验。实验方案见表3，实验结果见表4、图1。表3实验方案%方案1234油井水泥99.099.099.099.0石灰石1.0生物灰1.0矽砂1.0海泡石1.0设计研究章 杰，等：降低G级油井水泥游离液实验-152023年第1期表4实验结果方案1234初稠BC16.118.615.716.8稠化时间min104101105107游离液%5.325.275.642.77流动度mm19017019013038 抗压强度MPa4.114.054.253.8860 抗压强度17.0317.1417.6216.67图1不同材料掺加游离液、流动度的对比通过四组实验对比可知，在G级油井水泥中掺加海泡石可以有效降低游离液含量,但是流动度的损失比较明显，其他指标满足国家标准的要求2。2降低游离液材料掺比实验通过上述实验，得到在油井水泥中掺加海泡石可有效降低游离液，但掺量在1%的时候,造成水泥流动度损失较大，不利于水泥的配伍与施工，因此在实验方案设计时要充分考虑流动度指标。2.1实验方案为了有效降低游离液且不影响水泥其他性能，设计五种实验方案将油井水泥与海泡石按不同比例搭配，实验方案见表5，实验结果见表6、图2。2.2实验结论通过上述实验对比，海泡石掺量在0.3%0.8%之间时，降低水泥游离液含量较为明显，游离液可降到3.5%以下；海泡石掺量在0.2%0.6%之间时，流动度可达到160 mm，对水泥其他性能基本不影响，当海泡石掺量达到0.8%以上时，水泥流动度损失明显。综合考虑，在海泡石掺量在0.3%0.6%之间时，游离液和流动度均可达到预期目标。表5实验方案%方案1234567油井水泥99.899.799.699.599.499.399.2海泡石0.20.30.40.50.60.70.8表6实验结果方案1234567初稠BC16.417.617.517.417.117.216.8稠化时间min10498101101106107111游离液%4.713.323.283.213.073.012.82流动度mm17517016916616015514038 抗压强度MPa3.555.004.954.784.854.573.8860 抗压强度16.2216.6016.5816.5216.5716.6016.67图2不同海泡石掺量游离液、流动度变化趋势3大磨生产效果对比实验3.1大磨生产实验为了有效研究大磨生产时海泡石的掺入效果，设计五种实验方案将油井水泥与海泡石按不同比例搭配，实验方案见表7，实验结果见表8、图3。3.2实验结论通过上述大磨生产实验对比，海泡石掺量在0.3%0.6%之间时，降低水泥游离液含量较为明显，可降到3.5%以下，且流动度可达到160 mm，对水泥其他性能基本不影响。当海泡石掺量达到0.8%时，水泥流动度损失明显。设计研究章 杰，等：降低G级油井水泥游离液实验-162023年第1期表7大磨实验方案%方案1234567油井水泥熟料94.894.794.694.494.294.394.2二水石膏5.05.05.05.05.05.05.0海泡石0.20.30.40.50.60.70.8表8实验结果方案1234567初稠BC16.916.816.618.320.819.224.4稠化时间min981001011061089993游离液%4.433.493.423.273.133.062.97流动度mm17017217016416015612038 抗压强度MPa3.623.934.003.784.054.013.9860 抗压强度16.2016.1316.0115.7416.8016.6316.54图3大磨生产不同掺量海泡石游离液、流动度的变化趋势4结论（1）通过辅助材料优选，掺加海泡石，可有效降低油井水泥游离液。（2）通过最佳配比实验，掺加 0.3%0.6%的海泡石，可将油井水泥中游离液控制在3.5%以下，流动度160 mm。在保持低游离液的同时，其他性能指标包括稠化时间、强度等均满足国家标准要求。参考文献1 冀文文，李静一，尚中博，等.生物灰综合利用的研究进展J.河南大学学报.自然科学版，2017（4），53-463.2 GB/T 102382015，油井水泥标准S.（收稿日期：2022-09-08）设计研究章 杰，等：降低G级油井水泥游离液实验信息下期要目煤矸石骨料在混凝土及砂浆中的应用研究陈磊章，薛鲁阳，李慧冬，等砂石骨料平车洗车一体机技术方案设计师华东替代燃料在水泥窑协同处置系统中的应用沈红成，吕正雄，赵 军，等水 泥 配 料 输 送 系 统 技 术 改 造 邓 威，冷 飞，王 盛 凯，等欢迎订阅2023年 水泥工程 杂志1980年创刊，双月15日出版邮发代号：28-240 水泥工程 杂志（ISSN 1007-0389；CN 32-1449/TU）水泥工程 杂志是由中国中材国际工程股份有限公司（南京）主办、面向国内外公开发行的水泥专业核心技术期刊。杂志主要设有“设计研究”、“生产技术”、“工艺装备”、“电气控制”、“计量检测”、“资源环保”、“工程建设”、“混凝土工程”等栏目，进行专业报道水泥行业前瞻性的开发思路、研发成果和科研动态；专业报道各种规模新型干法水泥生产线的设计、建设和生产经验；专业报道水泥行业及配套产业的新工艺、新装备、新控制、新技术的研发和应用。杂志定价：单期20元，全年120元（含邮费）。您可通过邮局订阅（邮发代码：28-240），也可网络订阅，或电话订阅（025-86835880，周慈）。地址：南京市江宁区将军大道106号。邮编：211100E-mail：c-网址：www.c-信 息-17