本文關(guān)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(kāi)發(fā)與耗竭導(dǎo)致石油勘探開(kāi)發(fā)不斷地向復(fù)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(shù)正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。對(duì)于復(fù)雜固井中遇到的低壓易漏地層、長(zhǎng)封固段固井等問(wèn)題,低密度水泥漿技術(shù)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(fù)雜、加量大等缺點(diǎn),導(dǎo)致固井質(zhì)量不理想且固井成本高。針對(duì)以上問(wèn)題,本文以礦渣MTC技術(shù)、多功能鉆井液技術(shù)以及可固化隔離液技術(shù)等為背景,選用礦渣為無(wú)機(jī)膠凝材料,開(kāi)發(fā)一種新型的低密度固井液,用于解決低壓易漏地層、長(zhǎng)封固段以及自由套管等非目的層的封固、填充作業(yè)。并對(duì)礦渣固化體高溫下強(qiáng)度衰退甚至開(kāi)裂的問(wèn)題進(jìn)行了探究,考察了纖維材料對(duì)固化體力學(xué)性能的影響。本文通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)對(duì)低密度固井液的配方材料進(jìn)行了優(yōu)選。確定選用潛在活性高,具有獨(dú)特水化性質(zhì)、價(jià)格低廉的SS95礦渣作為膠凝材料。對(duì)配套的外加劑材料進(jìn)行優(yōu)選和論證實(shí)驗(yàn),最終確定以CMC為懸浮劑,JHQ為激活劑,HX-31L為緩凝劑。并對(duì)體系的工程性能進(jìn)行評(píng)價(jià),包括:流變性、穩(wěn)定性、可泵性、相容性和固化性。結(jié)果表明:低密度固井液的密度在1.3g/cm3～1.6g/cm3范圍可調(diào)、體系穩(wěn)定、稠化時(shí)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(qiáng)度高,滿足固井施工要求。不僅能達(dá)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(jié)質(zhì)量,提高固井質(zhì)量。以抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度評(píng)價(jià)了礦渣固化體的力學(xué)性能,并結(jié)合XRD、SEM、EDS等測(cè)試方法對(duì)高低溫下礦渣水化產(chǎn)物進(jìn)行分析。綜合得出:高溫下,礦渣水化速度快,水化產(chǎn)物豐富,固化體強(qiáng)度高。溫度超過(guò)90℃時(shí),其水化產(chǎn)物主要為呈蜂窩狀和球狀的C-S-H凝膠和沸石類(lèi)礦物。產(chǎn)物間接觸面積少、膠結(jié)差,結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)變,在固化體內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力,導(dǎo)致固化體結(jié)構(gòu)被破壞,產(chǎn)生裂紋。同時(shí),堿礦渣材料的水化產(chǎn)物中晶體含量少,晶膠比小,固化體易發(fā)生干燥收縮、開(kāi)裂的現(xiàn)象。針對(duì)礦渣固化體在90℃及以上條件下力學(xué)性能衰退的缺陷,實(shí)驗(yàn)考察了碳化硅晶須和水鎂石纖維對(duì)固化體力學(xué)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(qiáng)度,使其獲得更優(yōu)的力學(xué)性能。結(jié)合XRD、SEM、TG、IR分析可知,兩種材料的加入,對(duì)礦渣的水化幾乎無(wú)影響,僅是作為物理?yè)搅蠈?duì)礦渣固化體起增強(qiáng)增韌的作用。在礦渣固化體受力階段,纖維主要通過(guò)橋聯(lián)、拔出、充填等效應(yīng),控制微裂紋的產(chǎn)生和繼續(xù)發(fā)展,使其能夠保持較高、較持久的力學(xué)完整性。
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TE256.6

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本文編號(hào)：1304550