高温地热井泡沬水泥的实验研究

【摘要】：在高温地热井中通常有地层温度高、地层压力低、地层破碎等特点,常会遇到井漏等问题。高温与地层压力低的地热井环境会导致水泥石抗压强度衰退、水泥浆凝结时间缩短、失水量增大、稳定性变差等问题,严重影响固井施工安全及固井质量。因此需要开发抗高温低密度水泥进行固井作业,用以保证地热固井质量。目前国内外低密度地热固井堵漏水泥主要是通过加入漂珠和泡沫剂等减轻剂获得,为了平衡地热井内的低地层压力且在高温下有一定抗压强度,本文开发设计密度为1.00~1.25g/cm3、200℃养护24h后抗压强度大于6.9MPa的抗高温地热井泡沫水泥体系。通过对国内外相关文献的详细调研,进行了以下室内实验研究:实验评价阴离子表面活性剂、两性表面活性剂以及其复配体系在常温条件与180℃高温条件下陈化3h后的发泡量与半衰期,优选出SLES+CAO+CAB的阴离子/两性离子表面活性剂的复配体系作为泡沫水泥的泡沫剂;确定API G级油井泡沫水泥体系配方为:API G级油井水泥+35%硅粉+水+泡沫剂+稳泡剂;矿渣/粉煤灰泡沫水泥体系配方为:矿渣/粉煤灰(80/20)+6%硅酸钠+水+泡沫剂;对API G级油井泡沫水泥体系和矿渣/粉煤灰泡沫水泥体系进行了不同加量泡沫剂以及不同水灰比对其密度的影响规律研究,选择出密度低于1.25g/cm3泡沫水泥的泡沫剂加量以及对应水灰比,并且进行曲线拟合,用于设计所要求密度的泡沫水泥体系;最后根据所拟合曲线设计API G级油井泡沫水泥与矿渣/粉煤灰泡沫水泥的体系配方,确定水灰比与泡沫剂加量,并且根据高温地热井及泡沫水泥的特点,分别测定了该两种泡沫水泥体系的密度、不同温度下的凝结时间、高温养护后的抗压强度、游离液以及泡沫水泥浆的稳定性,优选出符合常规性能的API G级油井泡沫水泥体系与矿渣/粉煤灰泡沫水泥体系。实验结果表明该API G级油井泡沫水泥体系与矿渣/粉煤灰泡沫水泥体系高温养护24h后抗压强度均大于6.9MPa,密度小于1.25g/cm3,凝结时间在30℃、60℃、90℃条件下均大于90min,水泥浆稳定性较好,水泥浆静置2h后最大密度差均小于0.04g/cm3,游离液含量小于1.0%。满足了高温地热固井的要求。 【关键词】：高温 地热井 固井 泡沫水泥
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P314
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-19
• 1.1 研究目的和意义10-14
• 1.1.1 高温地热井的特点及对地热水泥性能要求10
• 1.1.2 抗高温耐腐蚀地热井水泥的研究现状10-12
• 1.1.3 地热井泡沫水泥的研究现状12-14
• 1.2 研究内容14-15
• 1.3 研究方法和技术路线15-17
• 1.3.1 研究方法15-16
• 1.3.2 技术路线16-17
• 1.4 主要完成的工作量和取得成果17-19
• 第2章 抗高温泡沫剂的评价优选19-40
• 2.1 实验材料19-22
• 2.1.1 发泡剂20-22
• 2.1.2 稳泡剂22
• 2.2 实验方法22
• 2.3 单种发泡剂优选22-33
• 2.3.1 常温条件优选22-30
• 2.3.2 稳泡剂的性能评价实验30-32
• 2.3.3 高温条件优选32-33
• 2.4 复配体系泡沫剂的性能评价33-39
• 2.4.1 阴离子/两性离子复配体系研究33-38
• 2.4.2 稳泡剂对阴离子/两性离子复配体系影响研究38-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第3章 泡沫水泥影响因素研究40-59
• 3.1 实验材料40-42
• 3.1.1 API G级油井水泥40
• 3.1.2 硅粉40-41
• 3.1.3 粉煤灰41
• 3.1.4 矿渣41
• 3.1.5 硅酸盐41-42
• 3.2 实验仪器42
• 3.3 实验方法42-43
• 3.4 API G级油井泡沫水泥性能初步评价43-52
• 3.4.1 常温下不同发泡剂在API G级油井泡沫水泥体系中的实验评价43-45
• 3.4.2 稳泡剂对API G级油井泡沫水泥体系的性能评价研究45-46
• 3.4.3 泡沫剂加量与水灰比对API G级油井泡沫水泥体系的影响实验研究 .. 3746-52
• 3.5 矿渣/粉煤灰泡沫水泥性能初步评价52-57
• 3.5.1 泡沫剂加量与水灰比对矿渣/粉煤灰泡沫水泥体系的影响研究52-57
• 3.6 本章小结57-59
• 第4章 泡沫水泥体系性能综合评价59-68
• 4.1API G级油井泡沫水泥性能综合评价59-63
• 4.1.1API G级油井泡沫水泥配方设计59
• 4.1.2 密度和凝结时间59-60
• 4.1.3 抗压强度60-61
• 4.1.4 稳定性61-63
• 4.2 矿渣/粉煤灰泡沫水泥性能综合评价63-67
• 4.2.1 矿渣/粉煤灰泡沫水泥体系配方设计63-64
• 4.2.2 密度和凝结时间64-65
• 4.2.3 抗压强度65
• 4.2.4 稳定性65-67
• 4.3 本章小结67-68
• 第5章 结论与建议68-69
• 5.1 结论68
• 5.2 建议68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-72

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