低密度高强度水泥浆体系分析

2014-03-02

中国新技术新产品 2014年13期

关键词：缓凝剂水泥石高强度

（新疆贝肯能源工程股份有限公司, 新疆克拉玛依 834009）

低密度高强度水泥浆体系分析

贺为利

（新疆贝肯能源工程股份有限公司, 新疆克拉玛依 834009）

利用水泥浆进行固井作业时，当遇到溶洞型碳酸、裂缝性地层时井漏的机率大大增加，导致固井质量无法满足要求，甚至固井失败，而使用低密度水泥将可有效避免井漏情况的发生。

低密度高强度；水泥浆体系；分析

一、试验内容

1 试验材料及设备介绍

为对低密度高强度水泥体系进行研究，本文进行的试验所需材料包括DRSIS分散剂、DRA-IS早强剂、DRF-300S降水剂、DRB-IS增强材料、漂珠、G级油井水泥等，使用的设备有：激光粒度分析仪、高温高压养护釜、高温高压稠化仪、高温高压失水仪、常压稠化仪等。

制备水泥浆及测试其性能均严格按照API标准实施。

二、材料与外加剂的分析

材料与外加剂分析主要包括水泥与外掺料性能、外加剂选择研究量方面内容，接下来进行逐一分析研究。

1 水泥与外掺料性能分析

DRB-IS由很多种类具有活性的超细材料组成，其粒径较G级水泥小，所以比表面积相对较大，在水泥浆液体系中能够发挥较好的悬浮稳定作用；漂珠、DRB-IS增强材料、G级水泥虽然具有不同的粒径，可增强低密度水泥浆堆积密实度，提高水泥石强度；DRB-IS增强材料中含有的活性成分，有利于水泥的水化，确保水泥石早期具有较高的强度。

2 外加剂选择分析

DRF-300S降失水剂属于固体成膜降水剂，将其添加到水泥浆中可起到防窜、防漏以及降滤失效果。其与坂土、漂珠、粉煤灰、重晶石粉、钛铁矿粉一起可配置出不同密度的水泥浆，以满足生产要求。另外，DRF-300S降失水剂不会给水泥的抗压强度、水泥的稠化时间产生不利影响。

DRS-IS分散剂可使水泥浆初始流动度得到提高，使水泥流变性能得到明显改善，和调凝剂、降失水剂配合使用，可使配置出的水泥浆满足固井施工相关指标要求。

DRH-100L缓凝剂一般为液体状态，添加到水泥浆中能够在要求范围内调节水泥的稠化时间。使用适量的该缓凝剂几乎不会给水泥石强度的发展造成影响，与坂土、漂珠、粉煤灰、重晶石粉、钛铁矿粉配合使用可配置出密度不同的水泥浆，且对使用的水质无特殊要求。

DRA-IS早强剂早强促凝性能优良，使可使水泥浆的触变性得到提高，具有良好的防水窜性能，与坂土、漂珠、粉煤灰、重晶石粉、钛铁矿粉配合使用，可配置中不同密度的水泥浆。

表1 低密度高强度水泥浆综合性能对比

三、低密度高强度水泥浆体系配方

1 低密度高强度水泥配方

文中使用不同组成比例的材料共配置出了8种水泥浆，编号1#～8#。下面逐一介绍不同型号的水泥浆配方。

其中1# 水泥浆配方为：0.2%的DRX-IL消泡剂、1.0%的DRA-IS早强剂、4.5%DRF-300S、91%DRB-IS增强材料、98%漂珠、G级水泥以及157%的水，水泥浆密度为1.20g/cm3；2# 水泥浆配方与1#配方比较相似，唯一不同是未添加1.0%DRA-IS的早强剂；3# 水泥浆的配方为：0.2%DRX-IL消泡剂、4.0%DRF-300S、58%DRB-IS增强材料、57%的漂珠、G级水泥以及110%的水，水泥浆密度为1.30g/m3；4# 水泥浆的配方较3#多0.2%DRH-100L缓凝剂；5# 水泥浆配方为：0.2%DRX-IL消泡剂、0.2%DRH-100L缓凝剂、4.0%DRF-300S、41%DRB-IS增强材料、37%的漂珠、G级水泥以及87%的水，水泥浆密度为1.40g/m3；6# 水泥浆与5#水泥浆相比除使用0.3%DRH-100L缓凝剂不同外，其余材料均相同；7# 水泥浆配方为：0.2%DRX-IL消泡剂、0.5%DRH-100L缓凝剂、3.5%DRF-300S、31%DRB-IS增强材料、24%漂珠、G级水泥以及72%的水，水泥浆密度为1.50g/ m3；8# 使用的DRH-100L缓凝剂为0.7%，其余材料与6#水泥浆相同。

2水泥浆稳定性分析

将低密度高强度水泥浆放入处于80℃状态的常压稠化仪进行20min的养护处理，完成后放入沉降筒中，接着放入21MPa、100℃的高温高压养护釜中养护24h后，完成成型后拆出分成不同的小块，计算不同块的密度大小。研究证实，不同水泥石块密度相差很小，由此表明水泥浆的稳定性较好。

3水泥浆综合性能的分析。（如表1所示）

将不同型号的水泥浆放入到60℃与80℃环境中，以评价不同型号水泥浆综合性能（如表1所示），从表中数据不难看出低密度高强度水泥具有较高的综合性能，主要表现为：水泥浆稠化时间易调、游离液为0，API失水量未超过50ml，其具有高于20cm的水泥流动度。另外，密度为1.20g/cm3与密度超过1.30g/cm3水泥石24h强度分别高于10Mpa、14Mpa，由此可知水泥浆的综合性能可满足施工工作中固井要求。