一种球型飞灰对油井水泥性能的影响

2020-11-26项先忠王学春赵胜绪符军放

现代商贸工业 2020年24期

关键词：火山灰水泥石飞灰

项先忠王学春赵胜绪符军放

(中海油田服务股份有限公司油田化学研究院，河北燕郊 065201)

0 引言

飞灰又称粉煤灰或烟灰，由燃料燃烧所产生烟气灰分中的细微固体颗粒物。如燃煤电厂或钢铁厂从烟道气体中收集的细灰。飞灰主要物相是玻璃体，占50～80%；所含晶体矿物主要有：莫来石、α-石英、方解石、赤铁矿等。

作为外掺料时，粉煤灰主要通过“形态效应、微集料效应和火山灰效应”在基体中发挥作用。本文考察的球形飞灰具有更好的形貌和尺寸分布，相比普通粉煤灰和超细粉煤灰具有更优异的“形态效应、微集料效应和火山灰效应”。

1 实验部分

1.1 实验材料

G 级油井水泥(山东)；球形飞灰(QFH)、800目硅粉PC-C88、降失水剂PC-G80L、防窜剂GR7、分散剂F45L、缓凝剂H40L、抗高温衰退剂PC-C88、消泡剂PC-X60L、分散剂PC-F45L、PC-G712L(天津中海油服化学公司)。

1.2 实验仪器

TG-3060 型水泥浆恒速搅拌器(沈阳泰格石油仪器设备制造公司)；8040 型常压稠化仪、3500LS型六速旋转黏度仪(美国Chandler公司)；OWC-118D型循环水强度养护箱(沈阳航空航天大学)。

1.3 实验方法

水泥浆的配制按照GB/T 19139—2003“油井水泥实验方法”进行；抗压强度测试按照GB/T 1346—89进行，试样尺寸为5.08 cm×5.08 cm×5.08 cm。

油井水泥常用中低温配方A：800gSD“G”水泥+314.6g F“W”淡水+28gG712降失水剂+10gF45L分散剂+2.4gX60消泡剂。

油井水泥常用高温配方B：600gSD“G”水泥+210gPC-C88硅粉+314.6g F“W”淡水+28gG712降失水剂+10gF45L分散剂+2.4gX60消泡剂。

2 实验结果与讨论

2.1 QFH不同加量对配方A、B流变影响

考察在常用中低温配方A和高温配方B基础上添加不同量QFH后对水泥浆流变性能的影响，加入QFH百分比为占混灰质量的百分比，对于配方A和B，随着球形飞灰QFH加量增大，水泥浆密度逐渐增大，在未加入铁矿粉的情况下密度可达2.02 g/cm3，同时固相体积分数提高10%以上，固相体积分数提高有利于降低水泥浆的孔隙率并在一定程度上抑制水泥石高温衰退。随QFH加量增大，流变读数有所增加，但仍能满足施工要求。较常用粉煤灰和微硅等添加剂，QFH在如此高的固相体积分数下，仍有较好的流变性，这说明球形飞灰加入到水泥浆后，由于其颗粒间的滚珠润滑作用，提高了水泥浆的流动度，能更好的发挥QFH的形态效应和微集料效应，提高水泥石的强度和密实性。

由此可见，球形飞灰对水泥浆流变影响较小，在构建较高密度水泥浆和提高水泥浆密实度方面有积极的作用。

2.2 QFH不同加量对水泥浆抗压强度影响

考察在配方A、B基础上加入不同量的QFH对水泥石抗压强度的影响，选用配方中A～A4进行配浆并在35℃、60℃和90℃水浴养护箱养护，选用配方中B～B4进行配浆在150℃高温高压水浴养护箱养护。

对于一般的粉煤灰等火山灰材料由于水硬化性较弱，需要水和Ca(OH)2反应来形成C-S-H凝胶。所以加入粉煤灰将导致水泥石硬化和强度发育延缓，加入粉煤灰后的“稀释效应”更有可能导致水泥石强度下降，一般需要碱性物质和其它激活剂激活。粉煤灰对水泥石抗压强度的影响主要取决于其微集料效应和火山灰效应。对于配方A，在35℃养护24h后，水泥石抗压强度为14.8MPa，随QFH加量增大，强度逐渐增大。QFH加量为50%时，水泥石抗压强度提高了约47%。水泥石强度的大幅增加主要是由于固相含量的增加提高了水泥石的密实度，由于其球形形貌和较小的粒径，玻璃体含量较高，火山灰活性更容易激发，即使在较低的温度下也能提高水泥石抗压强度。60℃和90℃条件下，水泥石抗压强度变化趋势也同35℃，随QFH加量增大而增大，增幅更明显，这是因为温度增加，QFH火山灰活性增加，更易被激发，有利于抗压强度增加。

随QFH加量增加，水泥石抗压强度大幅度增加，QFH加量为50%时，抗压强度提高了约185%。这说明球形飞灰在高温下能更好的被激发，提供更高的火山灰活性，大幅度增加水泥石强度和密实度。以上结果说明在构建较高密度水泥浆和中低温、高温条件下，QFH有较好的应用前景。