添加二氧化硅的油井水泥長(cháng)期強度退化：一項全面的多方法分析

文件標題為《Cement and Concrete Research 144 (2021) 106424》，由Xueyu Pang等人撰寫(xiě)，發(fā)表于2021年3月9日。文章主要研究了在200°C和50 MPa條件下，添加60-80%二氧化硅的G級油井水泥長(cháng)期強度退化問(wèn)題。研究采用了多種分析方法，包括超聲強度測試、X射線(xiàn)衍射、熱重TGA分析、汞侵入法和掃描電鏡等。

研究背景

- 油井、天然氣和地熱井的高溫高壓(HPHT)條件對水泥的物理和機械性能構成挑戰，尤其是長(cháng)期強度退化現象。

- 硅酸鹽水泥在高溫下會(huì )發(fā)生強度退化，這在石油工業(yè)中引起了關(guān)注。

實(shí)驗材料與方法

- 使用G級油井水泥和不同粒徑的硅砂、硅灰作為主要材料。

- 設計了不同的水泥漿配方，考慮了高溫應用下的干混料組成和添加劑用量。

- 實(shí)驗包括短期和長(cháng)期的性能評估，涉及抗壓強度、楊氏模量、泊松比、水滲透性和氣體滲透性測試。

長(cháng)期性能測試

- 長(cháng)期測試長(cháng)達142天，顯示所有設計的系統在物理和機械性能上出現顯著(zhù)惡化。

- 強度退化與微觀(guān)結構的粗化有關(guān)，尤其是隨著(zhù)固化時(shí)間的增加。

微觀(guān)結構分析

- 使用X射線(xiàn)衍射(XRD)、熱重分析(TGA)、汞侵入法(MIP)和掃描電子顯微鏡(SEM)等技術(shù)對固化水泥的微觀(guān)結構進(jìn)行了分析。

- 研究揭示了隨著(zhù)固化時(shí)間的增加，半晶態(tài)C-S-H向結晶態(tài)tobermorite和xanolithic的轉化。

結果與討論

- 硅的持續消耗、結晶相(如tobermorite和xanolithic)的增加以及半晶態(tài)C-S-H水化產(chǎn)物的減少與強度退化有關(guān)。

- 水和氣體滲透性的增加表明了微觀(guān)結構的粗化。

該研究為油井水泥在高溫高壓條件下的應用提供了重要的理論和實(shí)驗依據，對于石油工業(yè)中的油井水泥設計和應用具有指導意義。

文章的作者團隊來(lái)自中國石油大學(xué)（華東）的非常規油氣開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室和石油工程學(xué)院。

文章的作者團隊來(lái)自中國石油大學(xué)（華東）的非常規油氣開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室和石油工程學(xué)院。