添加二氧化硅的油井水泥長期強(qiáng)度退化：一項(xiàng)全面的多方法分析

文件標(biāo)題為《Cement and Concrete Research 144 (2021) 106424》，由Xueyu Pang等人撰寫，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級油井水泥長期強(qiáng)度退化問題。研究采用了多種分析方法，包括超聲強(qiáng)度測試、X射線衍射、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?zé)峋母邷馗邏?span>(HPHT)條件對水泥的物理和機(jī)械性能構(gòu)成挑戰(zhàn)，尤其是長期強(qiáng)度退化現(xiàn)象。

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

實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)了不同的水泥漿配方，考慮了高溫應(yīng)用下的干混料組成和添加劑用量。

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

長期性能測試

- 長期測試長達(dá)142天，顯示所有設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在物理和機(jī)械性能上出現(xiàn)顯著惡化。

- 強(qiáng)度退化與微觀結(jié)構(gòu)的粗化有關(guān)，尤其是隨著固化時(shí)間的增加。

微觀結(jié)構(gòu)分析

- 使用X射線衍射(XRD)、熱重分析(TGA)、汞侵入法(MIP)和掃描電子顯微鏡(SEM)等技術(shù)對固化水泥的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。

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

結(jié)果與討論

- 硅的持續(xù)消耗、結(jié)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(qiáng)度退化有關(guān)。

- 水和氣體滲透性的增加表明了微觀結(jié)構(gòu)的粗化。

該研究為油井水泥在高溫高壓條件下的應(yīng)用提供了重要的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，對于石油工業(yè)中的油井水泥設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

文章的作者團(tuán)隊(duì)來自中國石油大學(xué)（華東）的非常規(guī)油氣開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和石油工程學(xué)院。

文章的作者團(tuán)隊(duì)來自中國石油大學(xué)（華東）的非常規(guī)油氣開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和石油工程學(xué)院。