配浆转速对水泥浆性能的影响

李望军 王军朝 王嘉昕

摘      要：为了研究恒速搅拌器不同配浆转速对水泥浆密度、流变、失水、自由液、强度、稠化等性能的影响，室内分别模拟了2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4个不同转速下的配浆速度，对水泥浆的各项常规性能进行了对比分析。室内研究结果表明：不同转速下配制的水泥浆密度、自由液、失水3项性能几乎无影响，但是流变、抗压强度、稠化时间有较大影响。因此，室内试验时，要注意配浆转速的选择。

关  键  词：配浆;转速;抗压强度;稠化时间

中图分类号：TQ 016.1       文献标识码： A       文章编号：1671-0460（2020）08-1639-04

Abstract： In order to study the effect of different rotating speeds of constant speed agitator on the properties of cement slurry such as density， flow， water loss， free liquid， strength and thickening， and the conventional properties of cement slurry prepared at four different rotating speeds were compared and analyzed， including 2 000， 4 000， 8 000 and    12 000 r·min-1. The results of laboratory study showed that the rotating speed had little effect on the density， free liquid and water loss properties of cement slurry， but the rheology， compressive strength and thickening time were great affected by the rotating speed. Therefore， the selection of rotating speed should be paid attention to in slurry preparing.

Key words： Slurry preparing; Rotating speed; Compressive strength; Thickening time

水泥浆的密度、流变、失水、自由液、强度、稠化等性能是影响现场固井质量的关键因素[1-4]，随着海上石油开采逐步挺进深海，客观形势对水泥浆的性能提出了更高的要求。深井要求水泥浆具有更好的各项常规性能数据[5-8]，由于海上现场不具备测试水泥浆各项常规性能的综合能力，因此，室内模拟测试显得极为重要。而配浆转速是影响水泥浆各项常规性能的关键因素之一，为了研究恒速搅拌器不同配浆转速对水泥浆密度、流变、失水、自由液、抗压强度、稠化时间等性能的影响[9-10]，本文分别模拟了2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4个不同转速下的配浆速度，对水泥浆的各项常规性能进行了对比分析。室内研究结果表明：不同转速下配制的水泥浆密度、自由液、失水3项性能几乎无影响，但是流变、强度、稠化有较大影响。因此，室内试验时，务必要注意配浆转速的选择。

1  实验部分

1.1  主要设备和材料

主要设备：增压稠化仪，高温高压静失水仪，旋转黏度计，恒速搅拌器，常压养护箱，电子天平，钻井液密度计，加压密度计。

材料：嘉华水泥，消泡剂，分散剂，降失水剂，防气窜剂，缓凝剂，钻井水，漂珠，增强剂等。

1.2  水泥浆体系配制

本文以聚合物水泥浆体系和漂珠低密度水泥浆体系为研究对象，聚合物水泥浆体系以AMPS类降失水剂为主剂，辅以相配伍的分散剂、防气窜剂以及其他外加剂配制而成;漂珠低密度水泥浆体系以漂珠为减轻材料，辅以相配伍的分散剂、降失水剂、增强剂以及其他外加剂配制而成。聚合物水泥浆体系密度1.90 g·cm-3，漂珠低密度水泥浆体系密度 1.50 g·cm-3，采用嘉华G级油井水泥，聚合物水泥浆体系试验条件：井底循环温度（BHCT）为72 ℃，井底静止压力（BHP）为32 MPa;漂珠低密度水泥浆体系试验条件：井底循环温度（BHCT）为92 ℃，井底静止压力（BHP）为34 MPa。

聚合物水泥漿体系配方见表1。

漂珠水泥浆体系配方见表2。

1.3  密度评价

根据GB 19139—2012相关章节要求来进行水泥浆密度的测量，以此来研究不同配浆转速下对水泥浆密度性能的影响。

1.4  下灰时间评价

根据GB 19139—2012相关章节要求来进行水泥浆下灰时间的测量，以此来研究不同配浆转速下对水泥浆下灰时间性能的影响。

1.5  流变性能评价

根据GB 19139—2012相关章节要求来进行水泥浆流变性的测量，以此来研究不同配浆转速下对水泥浆流变性能的影响。

1.6  失水性能评价

根据GB 19139—2012相关章节要求来进行水泥浆流变性的测量，以此来研究不同配浆转速下对水泥浆失水性能的影响。

1.7  自由液性能评价

根据GB 19139—2012相关章节要求来进行水泥浆自由液的测量，以此来研究不同配浆转速下对水泥浆自由液性能的影响。

1.8  抗压强度性能评价

根据GB 19139—2012相关章节要求来进行水泥浆抗压强度的测量，以此来研究不同配浆转速下对水泥浆抗压强度性能的影响。

1.9  稠化时间性能评价

根据GB 19139—2012相关章节要求来进行水泥浆稠化时间的测量，以此来研究不同配浆转速下对水泥浆稠化时间性能的影响。

2  结果与讨论

2.1  配浆转速对水泥浆密度的影响

根据表1配方，分别用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4个不同转速分别配制水泥浆，并分别测试水泥浆的密度，密度结果如表3示。

从表3可以看出，4个不同转速下测得的水泥浆密度都是1.90 g·cm-3，说明配浆转速对水泥浆密度无影响。

2.2  配浆转速对下灰时间的影响

根据表1配方，分别用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4個不同转速分别配制水泥浆，并分别测量水泥浆的下灰时间，下灰时间结果如表4示。

从表4可以看出，水泥浆的下灰时间随着配浆转速的逐渐增高而变快，说明配浆转速对水泥浆下灰时间有较大影响。

2.3  配浆转速对水泥浆流变性能的影响

根据表1配方，分别用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4个不同转速分别配制水泥浆，并分别测试水泥浆的流变，流变性能结果如表5示。

从表5可以看出，4个不同转速下测得的聚合物水泥浆体系流变读数差别较大。

根据表2配方，分别用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4个不同转速分别配制水泥浆，并分别测试水泥浆的流变，流变性能结果如表6示。

从表6可以看出，4个不同转速下测得的漂珠低密度水泥浆流变读数差别较大。

综合表5、表6可知，配浆转速对水泥浆的流变读数有较大影响。

2.4  配浆转速对自由液的影响

根据表1配方，分别用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4个不同转速分别配制水泥浆，并分别测量水泥浆的自由液，自由液结果如表7示。

从表7可以看出，4个不同转速下测得的水泥浆自由液都是0 mL，说明配浆转速对水泥浆自由液无影响。

2.5  配浆转速对失水性能的影响

根据表1配方，分别用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4个不同转速分别配制水泥浆，并分别测量水泥浆的失水，失水结果如表8示。

从表8可以看出，4个不同转速下测得的水泥浆失水量都在±1 mL范围，说明配浆转速对水泥浆失水无明显影响。

2.6  配浆转速对抗压强度的影响

根据表1配方，分别用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4个不同转速分别配制水泥浆，并分别测量水泥浆的抗压强度，抗压强度结果如表9示。

从表9可以看出，4个不同转速下测得的抗压强度随着配浆转速的增加而逐渐增大，说明配浆转速对水泥浆抗压强度有较大影响。

2.7  配浆转速对稠化时间的影响

根据表1配方，分别用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4个不同转速分别配制聚合物1.90 sg水泥浆，并分别测量水泥浆的稠化时间，见图1-4。

从图1-4可以得出稠化时间结果如表10所示。

从表10可以看出，4个不同转速下测得的1.90 sg聚合物水泥浆体系的稠化时间随着配浆转速的增加而逐渐缩短。

根据表2配方，分别用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4个不同转速分别配制漂珠1.50sg低密度水泥浆，并分别测量水泥浆的稠化时间，见   图5-8。

从图5-8可以得出稠化时间结果如表11示。

从表10可以看出，4个不同转速下测得的1.50 sg漂珠低密度水泥浆体系的稠化时间随着配浆转速的增加而逐渐缩短。

综合表10-11可知，配浆转速对水泥浆的稠化时间有较大影响。

3  结 论

1）不同转速下配制的水泥浆密度、自由液、失水3项性能几乎无影响。

2）不同转速下配制的水泥浆流变、抗压强度、稠化时间有较大影响。

3）室内试验时，务必要注意配浆转速的选择。

参考文献：

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