13 低温低水化热早强水泥浆技术研究(中油海)

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1、低水化热早强水泥浆室内研究席方柱吕光明高永会谭文礼孙富全熊钰丹（中国石油集团钻井工程重点实验室固井技术研究室，天津，300451）（天津中油渤星工程科技有限公司，天津，300451）摘要：针对深水含水合物层固井需要，通过在早强水泥中加入低水化热外掺料的方法，开发了低水化热早强固井材料，比常规水泥的水化热低36%以上。同时利用该材料设计了水泥浆配方并研究了其性能，结果显示：在密度为1.35g/cm3~1.7g/cm3时，水泥浆体系稳定，失水量低于50mL，稠化时间可调，过渡时间低于30min，8℃下24h强度达到4.86MPa，满足深水含水合物地层的固井需要。关键词：深水固井低

2、水化热水泥浆前言深水油气勘探时，经常钻遇水合物层，水合物为小分子烃和水在高压低温环境下形成的固态结晶，在温度较高时水合物会分解成水和气体，体积增大100倍以上，造成井壁失稳、气窜等问题，严重时可能导致油气井报废[1~3]。而在深水低温固井时，需要水泥浆具有低温早强性能，而一般早强水泥浆水化热放热迅速，造成水泥候凝时温升过高，影响水合物的稳定性。因此需要采用低水化热的早强水泥浆[4]。为此，笔者从降低水泥总水化热入手，同时考虑早强性能，对低水化热材料的掺料进行了优化研究，开发了低水化热水泥浆技术。一、低水化热早强固井材料研究1.设计原理低水化热早强水泥设计，可从以下方面着手[5

3、~6]：（1）通过改变水泥的组成，降低水泥中水化热高的成分，提高低水化热组分含量；或在水泥中加入低水化热外掺料，降低水泥的总水化热。（2）采用特种早强水泥，该水泥水化热与常规水泥基本相同，但强度发展较快，可提高水泥的早期强度。2.试验仪器及方法绝热养护釜：将水泥石养护釜体放入绝热釜内，在釜体中插入热电偶，记录水泥浆温度的变化，比较不同水泥在水化时的温度升高情况。根据测得的水泥温升，可以直观反映水泥水化放热量及放热速率。多通道水化热测量仪：按照GB/T12959-2008《水泥水化热测定方法》测试水泥水化热。3.低水化热固井材料开发试验原材料：A：早强水泥DWC；B：G级油井水

4、泥；C：低水化热材料LHA；D：低水化热材料LHB；选取了以下几组配方进行了水泥水化热试验及水泥强度发展试验。配方1：100%早强水泥+44%水配方2：70%早强水泥+20LHA+10%LHB+44%水配方3：30%早强水泥+70%G级水泥+44%水配方4：40%早强水泥+40%LHA+20%LHB+44%水配方5：40%早强水泥+30%LHA+30%LHB+44%水席方柱：1975年11月，工程师。2003年天津大学化工学院化学工艺专业毕业，硕士研究生，现从事固井技术专业研究。地址：（300451）天津市塘沽津塘公路40号。联系电话：13502187710，E-mail:x

5、ifz@cnpc.com.cn61）水泥水化温升试验进行水化温升试验时，将水泥按照API标准制备后，迅速倒入养护釜内，从制浆到倒入养护釜，整个过程在5分钟内完成。其水化温升曲线见图1。图1不同水泥水化温升情况（20℃）上图试验数据显示，随着低水化热材料的加入，水泥水化温升降低，说明加入低水化热材料降低了水泥的水化热。而从水化温度升高的时间点分析，加入低水化热材料后，对水泥的水化稍微有所延迟，但在5h左右仍然进行水化，可以保证水泥的早期强度发展。2）水泥水化热测量为获得准确的水化热数据，采用多通道水化热测量仪对配方1、4、5及常规G级水泥（同样水灰比）的水化热进行了测量，结果见

6、表1：表1不同水泥的水化热数据配方水化热，J·g-11d2d4d7dG级水泥194.61264.23351.59399.26配方1226.04305.79343.71377.53配方4138.07188.36218.44252.03配方5118.61176.76204.89241.54根据上表可以看出：①与水泥净浆比较，加入低水化热材料后，水泥的水化热大幅度降低，1天的水化热与原来相比降低47%，两天降低42%，7d的降低36%，使得水泥水化温升大幅度降低，仅为原来的1/3。②早强水泥的水化热与G级油井水泥的总水化热相当，但早期水化速率块，放热量大。③对照水泥水化热和水泥水化

7、温升，可以看出水泥水化温升可以直观反映水泥的水化放热速率和放热量。3）低水化热固井材料抗压强度发展对以上几组配方水泥的抗压强度发展进行了试验研究，主要研究了4℃和8℃条件下的抗压强度发展，其强度试验结果如下。6表2不同水泥的低温抗压强度发展情况配方4℃强度，MPa8℃强度，MPa配方113.417.8配方28.912.6配方33.58.6配方47.410.8配方56.910.5根据表2的数据，结合水化热测量结果，选择配方5作为低水化热固井材料的基本胶凝材料，既可以获得较高的早期强度，又能保持较低的水化热