本文關鍵詞：以礦渣為膠凝材料的低密度固井液體系及其性能改善研究

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【摘要】：油、氣能源的開發(fā)與耗竭導致石油勘探開發(fā)不斷地向復雜、深部油氣藏拓展。隨之而遇的固井難度也不斷加大,傳統(tǒng)的鉆完井技術正面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。對于復雜固井中遇到的低壓易漏地層、長封固段固井等問題,低密度水泥漿技術是目前最有效的解決方法。但常用的低密度水泥漿存在體系密度不穩(wěn)定,與鉆井液相容性差,外加劑成分復雜、加量大等缺點,導致固井質量不理想且固井成本高。針對以上問題,本文以礦渣MTC技術、多功能鉆井液技術以及可固化隔離液技術等為背景,選用礦渣為無機膠凝材料,開發(fā)一種新型的低密度固井液,用于解決低壓易漏地層、長封固段以及自由套管等非目的層的封固、填充作業(yè)。并對礦渣固化體高溫下強度衰退甚至開裂的問題進行了探究,考察了纖維材料對固化體力學性能的影響。本文通過大量實驗對低密度固井液的配方材料進行了優(yōu)選。確定選用潛在活性高,具有獨特水化性質、價格低廉的SS95礦渣作為膠凝材料。對配套的外加劑材料進行優(yōu)選和論證實驗,最終確定以CMC為懸浮劑,JHQ為激活劑,HX-31L為緩凝劑。并對體系的工程性能進行評價,包括:流變性、穩(wěn)定性、可泵性、相容性和固化性。結果表明:低密度固井液的密度在1.3g/cm3～1.6g/cm3范圍可調、體系穩(wěn)定、稠化時間可控,與鉆井液相容性好,純漿及混漿固化性能好,固化體強度高,滿足固井施工要求。不僅能達到封固、填充井段的目的,還能提高頂替效率,改善二界面膠結質量,提高固井質量。以抗壓強度、抗拉強度評價了礦渣固化體的力學性能,并結合XRD、SEM、EDS等測試方法對高低溫下礦渣水化產物進行分析。綜合得出:高溫下,礦渣水化速度快,水化產物豐富,固化體強度高。溫度超過90℃時,其水化產物主要為呈蜂窩狀和球狀的C-S-H凝膠和沸石類礦物。產物間接觸面積少、膠結差,結構受力易被破壞。高C/S比的C-S-H凝膠脫水多,穩(wěn)定性差,在水化后期易發(fā)生晶型轉變,在固化體內部產生較大的內應力,導致固化體結構被破壞,產生裂紋。同時,堿礦渣材料的水化產物中晶體含量少,晶膠比小,固化體易發(fā)生干燥收縮、開裂的現象。針對礦渣固化體在90℃及以上條件下力學性能衰退的缺陷,實驗考察了碳化硅晶須和水鎂石纖維對固化體力學性能的影響。研究表明,兩種纖維的加入均能提高礦渣固化體的強度,使其獲得更優(yōu)的力學性能。結合XRD、SEM、TG、IR分析可知,兩種材料的加入,對礦渣的水化幾乎無影響,僅是作為物理摻料對礦渣固化體起增強增韌的作用。在礦渣固化體受力階段,纖維主要通過橋聯(lián)、拔出、充填等效應,控制微裂紋的產生和繼續(xù)發(fā)展,使其能夠保持較高、較持久的力學完整性。
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE256.6

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