低密度水泥浆的研究应用.ppt

低密度水泥浆的研究和应用 胥超绮 1．前言 用正常水灰比配制出的纯水泥浆的密度一般为1.9g/ml3 左右,很多地层不能承受这种密度水泥浆的长液柱压力，如易漏失地层和低压裂梯度的地层。因此，常用减轻剂来降低水泥浆的密度，以防止水泥浆的漏失和低压地层受水泥浆的污染。此外，水泥中掺入减轻剂后，还具有增加造浆量，降低水泥浆成本，节约水泥等优点。 2．各种低密度材料的性能和优选 (1)粉煤灰 (2)微硅 (3)海泡石 (4)珍珠岩 (5)漂珠 (6)人造空心玻璃微球 微硅:生产硅钢或铁合金生产过程中分离出来的一种副产品,主要成分是SiO2 ,平均粒径0. 10～0. 15 μm,具有较大的比表面积。密度2. 50 g/cm3 ,能使水泥石渗透率下降,提高抗腐蚀性能。 漂珠:粉煤灰在水中漂浮起来的球状颗粒,晒干后即成漂珠,具有密闭、粒细、质轻、壁薄、活性等性能。它的视密度只有0. 7 g/ cm3 左右,用漂珠配制的低密度水泥浆可以达到较低的密度。 3.漂珠水泥浆特性 漂珠的基本性能： 漂珠是磨细的煤粉在电厂锅炉内燃烧时，其中的灰份熔融并在表面张力的作用下团缩成球形。当他排出炉外时受到急冷，因此粉煤灰富含玻璃体的球状物。当煤粉灰排入水池中，大颗粒，含未燃尽碳的颗粒以及表面破损能吸入水的颗粒，即比水重的颗粒沉入池底，少量密闭而比水轻的颗粒漂浮于水上。将这些漂浮在水上的颗粒收集起来，晾干后即成漂珠。 其实，就国内外的产品，漂珠的化学成分和物理性能都基本相同，他仅受煤种，煤粉的细度以及燃烧程度的影响而波动。 由于漂珠具有密闭，粒细，轻质，壁薄和活性等基本性能，因此，用漂珠配制的低密度水泥浆具有以下三个特征。 3.1低密度，高强度，低渗透性 低密度：漂珠的视密度仅为0.7 g/ml3 左右，且是密闭的玻璃泡，配制水泥浆时不吸水只需要少量的水润湿漂珠的表面，使水泥浆具有一定的稳定性即可。因为漂珠低密度水泥浆中起减轻作用的主要成分是漂珠而不是水，所以随着漂珠含量的增加，可以配制出一般减轻剂所达不到的超低密度水泥浆（密度为1.44~1.08 g/ml3） 高强度：水泥石的强度除了决定于水泥标号外，还主 要取决于水泥的水灰比。漂珠低密度水泥浆的低水灰比就决定了它的高强度性质，所以漂珠低密度水泥浆的密度低于一般低密度水泥浆但其强度却高于后者。 低渗透：漂珠水泥浆的低水灰比对降低水泥石的渗透性起很大的作用，因为水泥浆中的水除了部分与水泥起水化作用外，大部分水将在硬化的水泥石中留下许多毛细孔道，提高了渗透性。另外，漂珠是密闭的玻璃体，在水泥石中将堵塞毛细孔道，进一步降低水泥石的渗透性。 3.2漂珠水泥浆体积的稳定性 漂珠是一种密闭，薄碧，粒细的玻璃球体，在试验室用高速搅拌机配制水泥浆时，要损坏很多漂珠，从而提高浆体的密度，为此需要低剪切速率混合器混合漂珠水泥浆。其次，漂珠低密度水泥浆在注水泥施工中，由于液柱压力的的作用，水泥浆体积有较大程度的减缩。关于这一问题，国外有两种观点。一种，认为在一定的液柱压力下，水泥浆体系中的漂珠有一部分被浆内的水分充满，增加了漂珠的密度，减小了浆体的体积，最终导致水泥浆的体积缩小，密度增加。另一观点认为，随着液柱压力的增加，水泥浆中的漂珠被逐渐挤毁，引起浆体密度的增加，漂珠可以使用的最大压力为42MPa,在这个压力下漂珠挤毁损失较大。 通过大量的试验数据表明，在开始注水泥到候凝过程中，水泥浆在液柱压力的作用下，浆中的一部分水将向上游离，一部分水向漂珠中渗透，这时水泥浆的体积开始收缩，密度逐渐增加，如水泥浆在凝结硬化前尚未发生漏失现象，则在凝结硬化开始后，液柱压力逐渐消失，再也不会发生此类现象，故这时的水泥浆密度，即水泥浆开始凝结硬化时的密度，我们认为是漂珠水泥浆的有效密度。水泥浆的有效密度介于地面配制水泥浆的密度和在井下漂珠被水充满后水泥浆密度之间。他的大小决定于水泥浆中漂珠的质量和含量，水灰比的大小，液柱压力的高低以及候凝时间的长短等因素。 3.3漂珠水泥浆体系的稳定性 众所周知，漂珠与水泥的密度差异较大（0.7与3.15 g/ml3），将他们混合和配制泥浆时其稳定性比较差，当浆体太稀时，漂珠易向上漂浮，水泥颗粒则沉于底部，造成浆体的分层离析，导致地层封固不良，从斯托克斯定律可以看出，漂珠的漂浮速度与其密度和粒径的平方成正比，与浆体的粘度成反比。为解决这一问题，我们投入了很多时间和精力来研究这一体系的外加剂（外掺料）。 4.漂珠低密度水泥浆外加剂（外掺料）的研究 我们油田在配制水泥浆的过程中为了避免漂珠过快的漂浮，我们在漂珠低密度水泥浆体系中加入微硅，其作用是提高水泥浆的粘度，防止漂珠过快漂浮造成的水泥浆分层，当然在整个低密度体系中，我们还加