高温地热井泡沬水泥的实验研究

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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。
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