本文關鍵詞：固井水泥漿過渡態(tài)演變與漿柱傳壓能力關系研究　出處：《西南石油大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：在固井作業(yè)中,常由于水泥漿的靜液壓力降低而引起一些意想不到的工程事故,輕則降低固井質量,重則引起井噴等嚴重事故。水泥漿作為一種時變性漿體,在整個硬化階段將經(jīng)歷從液態(tài)、過渡態(tài)到固態(tài)的結構演變,從而導致水泥漿的性能和傳壓能力發(fā)生改變。因此,本研究利用XRD、TG/DTG、熱活性微量熱儀、ESEM、EDS、表面積測試及孔徑分析儀以及大量的自研設備和方法,從材料科學的角度探究固井水泥漿在前期硬化階段的性能和結構演變及靜液壓力降低的機理。實驗結果發(fā)現(xiàn),在不同體系水泥漿的水化過程中靜液壓力降低均會出現(xiàn),且其受水泥漿沉降穩(wěn)定性、水化反應速率等的影響。當固井水泥漿開始進入液-固態(tài)轉變(過渡態(tài))時,水泥漿的靜液壓力將快速降低。在此階段水泥漿的水化反應速率加速、生成大量的氫氧化鈣(Ca(OH)2)、水化硅酸鈣(C-S-H)等水化產物,水泥顆粒的比表面積快速增加,大量的自由水轉變成了毛細水和凝膠水。結合超聲波技術和ESEM分析過渡態(tài)水泥漿的內部結構發(fā)現(xiàn),水泥漿進入過渡態(tài)之前,水泥漿以顆粒堆積體的形式存在,僅在水泥顆粒表面形成了一層水化產物殼。當水泥漿處于過渡態(tài)時,水化反應加速使水泥顆粒溶解,當孔隙溶液達到飽和狀態(tài)時大量無定形水化產物在顆粒表面形成,使顆粒表面變得粗糙(增加了水泥顆粒的比表面積)。并且由于水泥顆粒的溶解和水化產物在顆粒表面生成同時進行,在水化產物中形成大量的微孔結構,過飽和的孔隙溶液也會在水泥漿的孔隙中形核、長大,填充部分水泥漿孔隙。水泥漿靜液壓力的傳遞遵循帕斯卡定律,只有液體溶液能夠有效傳遞靜液壓力。而當水泥漿體系的沉降穩(wěn)定較差時顆粒難于懸浮在孔隙溶液中,而導致其重力較難傳遞,從而引起傳遞靜液壓力的介質密度降低,降水泥漿的靜液壓力。隨著水化反應的進行,當水泥漿處于過渡態(tài)時,水泥漿中生成大量的細小孔隙,導致原本用于傳遞靜液壓力的自由水溶液轉變成了束縛力更強的毛細水、凝膠水等,減少了水泥漿的傳壓介質。由于部分孔隙被水化產物填充,減少了水泥漿孔隙溶液的高度,導致水泥漿的靜液壓力降低,甚至損失。
[Abstract]:In cementing operation, often due to cement slurry hydrostatic pressure decrease caused by some unexpected accidents, it will decrease the cementing quality, weight is caused by a serious accident. The blowout cement slurry as a time-varying slurry, the hardening stage will experience from liquid to solid transition state structure evolution, thus lead to performance of the cement slurry and the pressure transmitting ability change. Therefore, this study uses XRD, TG/DTG, thermal activity of micro calorimeter, ESEM, EDS, surface area and pore size analyzer and a large number of research equipment and methods, explore the mechanism of cement slurry evolution and hydrostatic pressure to reduce the performance and structure in the early stage of atherosclerosis from the view of material science. The experimental results show that the hydrostatic pressure in the hydration process of cement slurry in different systems will be reduced, and the cement slurry sedimentation stability, affect the hydration rate when solid. Water mud began to enter the liquid - solid state transformation (transition state), hydrostatic pressure of cement slurry will decrease quickly. At this stage the hydration rate of cement slurry accelerated, generating large amounts of calcium hydroxide (Ca (OH) 2), calcium silicate hydrate (C-S-H) hydration products, cement particle surface the area increased rapidly, a large number of free water into the capillary water and water gel. Found that the internal structure of the combination of ultrasonic technology and ESEM analysis of the transition state of cement slurry, cement slurry before entering the transition state, the cement slurry to the particle accumulation existed only in the cement particle surface to form a layer of hydration products when the shell. Cement slurry in the transition state, to accelerate the hydration reaction of cement particles dissolved when the pore solution saturated bulk amorphous hydration products formed on the surface of the particle, the particle surface roughness (an increase of cement particle surface area) and because. The dissolution and hydration products of cement particles were generated in the particle surface, the microporous structure formed of hydration products, pore solution supersaturated also in cement slurry in the pore nucleation, growth, partially filled with cement slurry pore. Cement slurry hydrostatic transmission according to Pascal's law, only the liquid the solution can effectively transfer the hydrostatic pressure. When the poor stability of settlement of cement slurry particle is suspended in the pore solution, due to the gravity is difficult to transfer, resulting in medium density transfer hydrostatic pressure decreases, the hydrostatic pressure of mud precipitation. With the hydration reaction of cement slurry in the transition, when state, a large number of generated pores in the cement slurry, leading to the original for free water solution change transfer hydrostatic pressure into the capillary water binding, gel water, reducing the cement slurry pressure medium. The pore is filled with the hydrated product, which reduces the height of the pore solution of the cement slurry, which leads to the decrease of the hydrostatic pressure and even the loss of the cement slurry.

【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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本文編號：1380968