不同温度下偏高岭土对油井水泥抗压强度影响的研究

不同温度下偏高岭土对油井水泥抗压强度影响的研究

张浩;符军放;冯克满;赵琥;陈凡斌;王永松

【摘要】The influence of three kinds of metakaolins with different particle sizes on compressive strength of oil cement was investigated from 30 ℃ to 110 ℃ is presented. The experiment results showed that the particle size, the mixing amount and the curing temperature all have impacts on compressive strength of oil cement When mixing metakaolin in oil cement, the range of particle size, the mixing amount and the using temperature should be emphasized. If out of this range, the improvement to compressive strength of oil cement became weak, even to impair the compressive strength.%以3种不同粒径的偏高岭土样品为考察对象,在30℃-110℃范围内研究了偏高岭土对油井水泥强度的影响.研究结果表明,偏高岭土的粒径、掺量以及养护温度均会对油井水泥的强度产生影响.在油井水泥中掺入偏高岭土,应注意其适合的粒径、掺量及温度的使用范围,超出此适用范围.偏高岭土对油井水泥抗压强度的改善作用减弱,甚至还会降低油井水泥的抗压强度.

【期刊名称】《科学技术与工程》

【年(卷),期】2012(012)017

【总页数】4页(P4278-4280,4284)

【关键词】偏高岭土;油井水泥;温度;强度

【作者】张浩;符军放;冯克满;赵琥;陈凡斌;王永松

【作者单位】中海油田服务股份有限公司油田化学事业部油田化学研究院,燕郊065201;中海油田服务股份有限公司油田化学事业部油田化学研究院,燕郊065201;中海油田服务股份有限公司油田化学事业部油田化学研究院,燕郊065201;中海油田服务股份有限公司油田化学事业部油田化学研究院,燕郊065201;中海油田服务股份有限公司油田化学事业部油田化学研究院,燕郊065201;中海油田服务股份有限公司油田化学事业部油田化学研究院,燕郊065201

【正文语种】中文

【中图分类】TE256.6

偏高岭土(Metakaolin，简称MK)是由高岭土(Al2Si2O3(OH)4)经过高温煅烧处理后得到的。其结构中原子排列不规则，呈热力学介稳状态。能与水泥的水化产物Ca(OH)2反应生成CSH凝胶和水化铝酸钙 (C4AH13、C3AH6)、水化硫铝酸钙(C2ASH8)等。具有极高的火山灰活性［1，2］。

近年来，MK作为建筑水泥外掺料的研究和应用已越来越普遍。大量的研究结果表明，在建筑用水泥中掺入MK能显著提高其早期强度和长期抗压强度、抗弯强度

及劈裂抗拉强度［3］、抑制混凝土的碱骨料反应［4］、提高抗硫酸盐腐蚀能力［5］。随着研究的日益深入，已有学者将MK应用于油田固井行业，在国外，Amir H等人［6］将 MK作为一种外掺料进行了低密度水泥浆的配制，用以提高

水泥的力学性能。K.M.Suyan等人［7］报道了在热采井固井作业中使用MK，提高了水泥鞘的韧性及热稳定性，改善了固井质量。在国内，岳前升［8］、罗刚［9］等人也对MK在油田固井上的应用做了有益的探讨，如不同的煅烧温度、煅烧时间对MK活性的影响。而关于MK在不同温度下对油井水泥性能影响的报道，

目前则尚未见于国内外相关研究。

本文以3种不同粒径的MK为考察对象，研究了在不同养护温度下MK对油井水

泥强度的影响，以期为MK在油田固井中的应用提供有益的帮助与支持。

1 实验部分

1.1 实验材料

MKa(偏高岭土，工业级)、MKb(偏高岭土，工业级)、MKc(偏高岭土，工业级)、

G级油井水泥(山东)、降失水剂 PC—G80L(天津中海油服化学公司)、缓凝剂PC—H40L(天津中海油服化学公司);消泡剂PC—X601L(天津中海油服化学公司)。

1.2 实验仪器

TG—3060型水泥浆恒速搅拌器(沈阳泰格石油仪器设备制造公司)、8040型常压

稠化仪(美国CHANDLER公司)、3500LS型六速旋转黏度仪(美国CHANDLER公司)、TG—1220型高温养护釜(沈阳泰格石油仪器设备制造公司)。

1.3 不同来源MK的化学组分、粒径分析

本文考察了3种不同来源的MK对油井水泥强度的影响，其化学组分及粒径分析

结果列于表1:

由表1可知，3种MK的化学组成基本相同，其粒径依次增大。

表1 不同来源MK的化学组分及粒径项目检测平均粒径

ā/(μm)SiO2/(wt%)Al2O3/(wt%)CaO/(wt%)MgO/(wt%)Fe2O3/(wt%)K2O+Na 2O/(wt%)其他/(wt%)3.5 54.40 42.54 0.10 0.12 1.23 0.09 1.52 MKb 18 50.12 46.40 0.12 0.11 1.47 0.12 1.66 MKC MKa 54 51.66 43.28 0.14 0.20 1.16 0.08 3.48

1.4 操作方法

水泥浆的配制按照GB/T 19139—2003“油井水泥试验方法”进行，MK采用内

掺法;各水泥浆配方设计如表2所示，抗压强度测试按照GB 1346—89进行测试，