固井水泥石界面胶结性能改善方法研究

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1、工学硕士学位论文固井水泥石界面胶结性能改善方法研究IMPROVEMENTMETHODSONINTERFACEBONDINGOFHARDENEDCEMENTPASTEOFOILWELL李彬2010年7月国内图书分类号：TU525.9学校代码：10213国际图书分类号：624.691密级：公开工学硕士学位论文固井水泥石界面胶结性能改善方法研究硕士研究生：李彬导师：杨英姿教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：土木工程学院答辩日期：2011年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TU525.9U.D.C：624.69

2、1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringIMPROVEMENTMETHODSONINTERFACEBONDINGOFHARDENEDCEMENTPASTEOFOILWELLCandidate：LIBinSupervisor：Pro.YANGYingziAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MaterialsScienceAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefense：Jul

3、y,2011Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要油井水泥是用于封固油气井的特种水泥，在固井的过程中，起到稳定套管的作用，但是大多油气井出现的问题，都是由于水泥石界面的胶结性能变差，导致油气从界面薄弱处发生油气水窜，我国大多数油气井都是由于界面的原因而导致产量降低或油井破坏。因此，界面的胶结性能就显得尤为重要。前人对界面胶结能力做了一些研究，但是没有进行系统的试验研究，此外其测试手段也没有一个简便并准确的方法。针对这一状况，本文选取

4、了粉煤灰、矿渣、硅灰、偏高岭土、膨润土以及硫铝酸盐膨胀剂和MgO膨胀剂，研究了各掺料及掺量对水泥浆新拌性能、基本力学性能、变形以及胶结性能的影响，其中胶结性能的测试使用的是自制油井模拟装置，最后得出影响规律并推荐了各掺合料的最佳掺量。掺合料对水泥浆流动性的影响主要与掺合料的颗粒性质有关，颗粒细小或本身吸水量大会降低浆体的流动性，各种掺合料对水泥浆体流动性降低的次序是：膨润土>偏高岭土>硅灰>矿渣>粉煤灰。膨胀剂对水泥浆体流动度降低的次序是：MgO膨胀剂>硫铝酸盐膨胀剂。抗折抗压性能随着水胶比的减小而增大，各掺合料对强度影响的优劣顺序是：硅灰

5、>偏高岭土>矿渣>粉煤灰>膨润土，其强度主要是随着掺料活性的增大而增强。膨胀剂一般会增大抗折抗压强度。偏高岭土和膨润土会起到微膨胀的功能(0.01%，0.02%)，而硅灰、矿渣、粉煤灰或因为养护条件为RH100%而没有明显变化，硫铝酸盐膨胀剂对水泥石产生的膨胀效果明显(0.15%)，主要发生在水化前期，MgO膨胀剂有一定的膨胀效果(0.02%)，但发展较缓慢，温度对其影响较大。通过自制胶结强度测试装置，对各种配比的水泥进行胶结强度测试，结合界面微观分析，分析了胶结性能的改善程度与机理，并得出结论：随着水胶比的降低二界面胶结性能得到改善，而一

6、界面胶结能力会减弱。部分掺合料对界面胶结能力有提高的作用，主要作用在于对二界面胶结性能的提高上，对二界面胶结性能改善能力的掺料顺序为：粉煤灰(200%)>偏高岭土(175%)>硅灰(160%)>矿渣(140%)>基准水泥>膨润土(<50%)。而膨胀剂会使水泥石产生膨胀从而提高界面胶结能力，试验中使用的两种膨胀剂对胶结性能改善能力的膨胀剂顺序为：硫铝酸盐(223%)>MgO(160%)。同时结合微观结构分析提出了一界面和二界面的模型。综合以上结果分析，对于15d之内的水泥石胶结能力改善效果最好的是硫铝酸盐膨胀剂>粉煤灰>偏高岭土>MgO>硅灰

7、>矿渣。关键词：油井水泥；胶结能力；掺合料；膨胀剂-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractOilwellcementisakindofspecialcementsusedforliningboreholes,whichispredominantlyusedfortheextractionofcrudeoilornaturalgas.Intheprocessofcementingwells,mostoftheproblemsintheboreholesareinterfacedeteriorationduetoannulusbre

8、akthroughflowthroughtheweakinterfacebetweensteelcasingandhardenedcementpaste.Therefore,th