高密度含盐水泥浆体系抗压强度发展规律研究(编辑修改稿)

高密度含盐水泥浆体系抗压强度发展规律研究(编辑修改稿)内容摘要：

水泥浆流变性 也 易于控制 ， 可以 抑制 泥 岩水化膨胀 使 井壁 不易 坍塌。 2 吐哈油田盐层固井技术 吐哈油田的盐膏层集中分布在神泉、雁林西、胜南构造的第三系、白垩系地层 ， 其 钻井液矿化度在 14000~16000mg/L 之间 ， 由于盐膏层的蠕变和矿物特征 ， 严重影响 着 固井施工的安全和固井质量。 从 1997 到 1999 年 间 ， 该地区固井施工成功率 只有 %。 经过不断实践和 经验积累 ， 采用分散体系基本解决了盐层固井难题 ， 该体系的浆体流动性好 ， 配浆均匀 ，水泥浆密度 调控 范围大 ， 能 够 满足盐膏层固井施工要求。 通过调研发现 ， 国内的盐层固井技术和国外的盐层固井技术差不多走了相同的 路线 ， 前期 都主要采取饱和盐水水泥浆固井 ， 但是 逐步认识到饱和盐水水泥浆的缺点后 ， 开始 采用半饱和盐水水泥浆 和 低含盐水泥浆体系。 研究内容 随着盐水水泥浆在泥岩、页岩、盐岩地层的大量应用，给固井 质量的提高带来了希望。 同时，给固井工程师也带来很大困惑，面对不同含盐量的水泥浆无从选择； 无法 真正 解释 用 盐水水泥浆 是否能提高该 井段固井质量。 因此，有必要 对不同含盐量的水泥浆抗压强度作一定研究，弄清强度变化规律，为现场盐水 水泥浆盐含量的选择提供便利。 经调研资料发现，国内对深层盐层固井已经做了大量的工作，取得了很大的成绩。 但是，对于浅层盐层固井没有做更多研究，导致浅层盐层固井 研究 成为一片空白。 在中低温条件下研究盐水水泥浆的强度变化迫在眉睫。 针对盐水水泥浆自身性能的优化与改善，各大公司和很多学者都做了大量的室内研究。 然而，对于外部盐影响含盐水泥石的强度研究相对较少。 除此之外， 目前没有相关文章研究盐对加西南石油大学硕士研究生学位论文 7 重剂 是否存在 影响。 针对以上疑问、问题和难点， 应当 对高密度含盐水泥浆抗压强度做大量研究，以解答所提出的问题和解决工程中存在的难题。 确定论文的研究内容如下： （ 1）研究不同盐浓度对高密度水泥石抗压强度的影响规律，为高密度盐水水泥浆体系设计提供理论支撑和技术支持。 （ 2）通过不同盐浓度水泥石在盐水浸泡下抗压强度的变化规律， 了解外部因素是否对水泥石的抗压强度产生影响。 （ 3）研究不同加重剂配制高密度盐水水泥石后期抗压强度的变化规律，了解加重剂在盐水环境下是否会发生机械性能的变化 ，从而影响水泥石的抗压强度。 研究的技术路线及思路 本文自主设计实验，对含盐浓度、养护温度、 内掺盐与外部盐影响 等因素进行研究分析，找出 各种因素对高密度 水泥石抗压强度发展的影响。 在研究的基础之上， 考察加重剂对高密度水泥石抗压强度的影响规律 ，并根据结果对加重剂采取一定的技术措施，以使高密度含盐水泥石抗压强度能稳定发展。 图 14 研究的技术路线及思路结构图 高密度含盐水泥浆体系抗压强度发展规律研究 8 第 2 章 盐浓度对高密度水泥石抗压强度的影响 从目前情况看，国内外对纯盐层、盐水层、盐膏层的固井比较重视，所做的研究工作也比较多 ， 取得了较大的进展和成果。 对盐岩层固井水泥浆配方设计，国际上一直存在个同的观点，即使用低含盐或中等含盐或饱和盐水水泥浆。 使用低、中含盐水泥浆封固 盐岩层，水泥浆性能能控制，井壁也能维持稳定，外加剂选择相对容易。 使用饱和盐水水泥浆施工、配浆较为复杂，但成功实例也多。 国外出现了 CMHEC 聚乙烯胺与有机磺酸盐、 N， N 二甲基丙烯酰胺、芳香聚合物、聚笨乙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠与顺丁烯二酸共聚物盐、聚乙烯胺、聚乙烯多胺、 HEC 做饱和盐水水泥浆外加剂专利等，上述外加剂大大改变了饱和盐水水泥浆的性能 ， 有些在固井中已取得成功。 穿越岩盐层固井，根据江汉、中原、胜利、塔里木等油田的固井经验，多数井采用 5%、 10%、18%的盐水进行固井，少数采用饱和盐水固井，都取得了较好 的固井效果 [3]。 针对目前大量所使用的不同含盐量的水泥浆，本文着重对淡水、 5%、 10%、 18%及饱和盐水水泥浆 进行 抗压强度规律研究。 同时，从研究的规律中发现和分析盐对加重剂是否存在影响及其影响程度。 盐浓度对中低温高密度水泥石抗压强度的影响 铁矿粉 配 研究采取单一变量的原则， 在相同水泥量、相同加重剂量、相同外加剂量的情况下，只改变水中含盐量的高低 来 分析和比较固化后的抗压强度变化规律。 水泥浆配方： 350gG 级水泥 +200ml溶液 +115g铁矿粉 +2%G33S 其配浆水按量筒量取 相同 体积 ，含盐量 则 按水的质量计算。 将 用铁矿粉 配制好的淡水、含 5%盐量、含 10%盐量、含 18%盐量及饱和盐水的水泥浆进行90℃水浴养护，测其抗压强度如表 21。 表 21 90℃不同含盐量（铁矿粉）水泥浆抗压强度 时 间（ D） 强 度（ Mpa) 1 2 7 14 21 28 35 100% 含盐量 = 溶液中盐的质量 溶液中水的质量 西南石油大学硕士研究生学位论文 9 淡 水 含 5% 盐 含 10% 盐 含 18% 盐 饱和盐水 为便于分析研究 ， 将 表 21 中 1 到 35 天抗压强度 随时间的变化规律表示成 曲线 绘于 图 21中。 051015202530350 10 20 30 40时间（D）抗压强度（MPa）淡水含5%盐含10%盐含18%盐含36%盐 图 21 90℃不同含盐量（铁矿粉）水泥浆抗压强度变化规律 从图 21 中，可以清晰地看出 ：随着时间的延长，不同含盐量水泥浆的抗压强度都有一个上升过程，然后逐渐 降低，养护 20 天过后抗压强度值较稳定。 淡水水泥浆抗压强度 14 天达到峰值 ， 强度增长速度为 、强度 最低值为 MPa。 含 5%盐的水泥浆抗压强度 2天达到峰值 MPa，强度增长速度为 、 强度最低值为。 含10%盐的水泥浆抗压强度 7 天达到峰值 MPa，强度增长速度为 、强度最低值为。 含 18%盐的水泥浆抗压强度 7 天达到峰值 MPa，强度增长速度为、强度最低值为。 饱和盐水水泥浆抗压强度 14 天达到峰值 ，强度增长速度为 、强度最低值为。 比较可得，含 5%盐的水泥浆抗压强度发展速度最快，饱和盐水水泥浆抗压强度发展速度最慢且各项指标都低于其他含盐量水泥浆。 将 用铁矿粉 配制好的淡水、含 5%盐量、含 10%盐量、含 18%盐量及饱和盐水的水泥浆进行50℃水浴养护，测其抗压强 度如表 22。 表 22 50℃不同含盐量（铁矿粉）水泥浆抗压强度 时 间（ D） 强 度（ Mpa) 1 2 7 14 21 28 35 42 淡 水 含 5% 盐 高密度含盐水泥浆体系抗压强度发展规律研究 10 含 10% 盐 15 含 18% 盐 饱和盐水 0 为便于分析研究，将表 22 中 1 到 42 天抗压强度随时间的变化规律表示成曲线绘于图 22中。 0510152025300 10 20 30 40 50时间（D）抗压强度（MPa）淡水含5%盐含10%盐含18%盐含36%盐 图 22 50℃不同含盐量（铁矿粉）水泥浆抗压强度变化规律 从图 22 中，可以清晰地看出：随着时间的延长，不同含盐量水泥浆的抗压强度都有一个上升过程，然后逐渐降低 ，抗压强度值 处于平稳状态。 淡水水泥浆抗压强度 14 天达到峰值， 强度增长速度为 、强度最低值为 MPa。 含 5%盐的水泥浆抗压强度 14 天达到峰值 MPa，强度增长速度为 、强度最低值为。 含10%盐的水泥浆抗压强度 28 天达到峰值 MPa，强度增长速度为 、强度最低值为。 含 18%盐的水泥浆抗压强度 28 天达到峰值 MPa，强度增长速度为、强度最低值为。 饱和 盐水水泥浆抗压强度 14 天达到峰值 ，强度增长速度为 、强度最低值为。 比较可得，含 5%盐的水泥浆 和淡水水泥浆 抗压强度发展速度最快，饱和盐水水泥浆 各阶段的 抗压强度 都较其它水泥浆低。 重晶石 配 为了解加重剂的类型是否对水泥石的抗压强度存在一定的影响。 因此，本节采用重晶石粉加重，配制与 节相同密度的水泥浆，以分析其加重剂类型所带来的差异。 将用重晶石配制好的淡水、含 5%盐量、含 10%盐量、含 18%盐量及饱和盐水的水泥浆进行90℃水浴养护，测其抗压强 度如表 23。 水泥浆配方： 350gG 级水泥 +200ml溶液 +140g重晶石 +2%G33S 表 23 90℃不同含盐量（重晶石）水泥浆抗压强度 西南石油大学硕士研究生学位论文 11 时 间（ D） 强 度（ Mpa) 1 2 7 14 21 28 35 淡 水 含 5% 盐 含 10% 盐 含 18% 盐 饱和盐水 为便于分析研究，将表 23 中 1 到 35 天抗压强度随时间的变化规律表示成曲线绘于图 23中。 0510152025300 10 20 30 40时间（D）抗压强度（MPa）淡水含5%盐含10%盐含18%盐含36%盐 图 23 90℃不同含盐量（重晶石）水泥浆抗压强度 变化规律 从图 23 中，可以清晰地看出： 随着时间的延长，不同含盐量水泥浆的抗压强度都有一个上升过程，然后逐渐降低。 淡水水泥浆抗压强度 7 天达到峰值 ， 强度增长速度为、强度最低值为 MPa。 含 5%盐的水泥浆抗压强度 7 天达到峰值 24. 6 MPa，强度增长速度为 、强度最低值为。 含 10%盐的水泥浆抗压强度 7 天达到峰值 MPa，强度增长速度为 、强度最低值为。 含 18%盐的水泥浆抗压强度 28天达到峰值 MPa，强度增长速度为 、强度最低值为。 饱和盐水水泥浆抗压强度 14 天达到峰值 ，强度增长速度为 、强度最低值为。 比较可得，含 5%盐的水泥浆抗压强度发展速度最快，饱和盐水水泥浆各阶段的抗压强度都较其它水泥浆低。 将用重晶石配制好的淡水、含 5%盐量、含 10%盐量、含 18%盐量及饱和盐水的水泥浆进行50℃水浴养护，测其抗压强度如表 24。 表 24 50℃不同含盐量（重晶石）水泥浆抗压强度 时 间（ D） 强 度（ Mpa) 1 2 7 14 21 28 35 42 淡 水 高密度含盐水泥浆体系抗压强度发展规律研究 12 含 5% 盐 含 10% 盐 含 18% 盐 12 饱和盐水 0 其水泥浆配方为： 350gG 级水泥 +200ml 溶液 +140g重晶石 +2%G33S 为便于分析研究，将表 24 中 1 到 42 天抗压强度随时间的变化规律表示成曲线绘于图 24中。 0510152025300 20 40 60时间（D）抗压强度（MPa）淡水含5%盐含10%盐含18%盐含36%盐 图 24 50℃不同含盐量（重晶石）水泥浆抗压强度变化规律 从图 24 中，可以清晰地看出：随着时间的延长，不同含盐量水泥浆的抗压强度都有一个上升过程，然后逐渐降低。 淡水水泥浆抗压强度 28 天达到峰值 ， 强度增长速度为、强度最低值为 MPa。 含 5%盐的水泥浆抗压强度 14 天达到峰值 MPa，强度增长速度为 、强度最低值为。 含 10%盐的水泥浆抗压强度 28 天达到峰值 MPa，强度增长速度为 、强度最低值为。 含 18%盐的水泥浆抗压强度 14天达到峰值 MPa，强度增长速度为 、强度最低值为。 饱和盐水水泥浆抗压强度 35 天达到峰值 ，强度增长速度为 、强度最低值 为。 比较可得，含 5%盐的水泥浆 和含 18%盐的水泥浆 抗压强度发展速度最快，饱和盐水水泥浆各阶段的抗压强度都较其它水泥浆低。 相同含盐量情况下，温度对抗压强度发展的快慢也存在着影响，温度越高强度发展越快，反之亦然。 即低浓度的盐起到了促凝作用，高浓度的盐起到了缓凝的作用。 通过两种不同加重剂的在淡水和盐水环境下抗压强度变化趋势的观察，不难发现加重剂的不同也会导致抗压强度的差异。 机理分析 氯离子对水泥石晶体结构的影响 氯离子 主要以 两种存在形式 存在于在水泥石中 ：一 种 是 以 游 离 状态存在水泥石孔隙溶液中 ；西南石油大学硕士研究生学位论文 13 二是 与水泥中的物质发生化学反应或结合，成为水泥石中的一部分。