深水固井水泥石微观结构
深水低温固井水泥浆的研究_席方柱
石油钻采工艺 OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGY
文章编号：1000 – 7393（2010）01 – 0040 – 05
深水低温固井水泥浆的研究
Vol. 32 No. 1 Jan. 2010
席方柱 屈建省 吕光明 谭文礼 王 翀
/g
/g （24 h）/MPa
100 25 50 3
0
16.5
100 25 110 3 60 2
5.36
100 25 50 4
0
17.6
100 25 110 4 60 2
7.71
100 25 50 5
0
18.2
100 25 110 5 60 2
8.2
由表 3 结果看出，DWZ-1 早强剂在低温下能促 进水泥的早期强度发展，比其他几种早强剂效果更 好，因此选择 DWZ-1 作为低温水泥浆的早强剂。 3.2 分散剂的研究
Key words: deep water; cementing; cement slurry; low temperature; low density;
深水固井作业与陆地作业相比，地形条件更加 复杂。海底地层松软，地层破裂压力低，并容易产生 流体移动，同时深水固井表层温度低［1］，抑制水泥的 强度发展。
100
0 44 13.2 26.8 37.4 39.6 42.6 45.8
90
10 44 10.1 19.8 27.9 33.4 38.5 44.7
80
20 44 8.2 15.5 21.3 26.6 32.5 45.3
70
30 44 1.8 10.4 17.6 21.6 25.8 36.4
深水固井水泥头关键技术研究
一 46 —石油机械CHINA PETROLELM MACHINERY2017 年第45 卷第 11期◄海洋石油装备黔深水固井水泥头关键技术研究戴文潮1陈志峰1吴玉旺2马兰荣1张国安1邹传元1(1.中国石化石油工程技术研究院2.中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司）摘要：深水固井水泥头是重要的井口装备，因为其技术集成度高、科技含量高，所以一直被 国外公司所垄断。
从固井工艺、井深结构、安全可靠性和经济性等方面阐述了深水固井水泥头的 功能特点及技术要求，分析了深水固井水泥头的结构模块化、高压旋转密封、功能机构集成、机 构气动驱动和远程操控等几项关键技术的原理及性能特点，指明了深水固井水泥头将来的发展方 向。
研究结果可为国内相关机构开展深水固井水泥头的研制提供参考。
关键词：深水固井；水泥头；结构模块化；高压旋转密封；功能机构集成；远程操控中图分类号：丁瓦925文献标识码：入如：10.16082/】.（:吐[^吼.100卜4578.2017.11.010 Research on Key Technology of Cement Head for Deep Water Cementing Dai Wenchao'Chen Zhileng1W u Yuwang2M a Lanrong1Zhang Guoan1Zou Chuanyuan1(1.Sinopec Research Institute o f Pe t ro l eum, Engineering ；2.BGP Inc., China Na ti ona l Petroleum, Corpora ti on)Abstract ：Deepwater cement head i s an important wellhead equipment,which has been monopolized by foreign companies because ol i t s high technical integration and high technology.The function characteristics and technical requirements of the deepwater cement head have been introduced from the aspects of cementing technology, well configuration,safety and reliability and economy.The principle and performance characteristics ol deepwater cement head’s several key technologies have been pointed out,including the modular structure,the high pressure rotary seal,the functional mechanism integration,mechanism pneumatic drive and remote control have been analyzed.The future development direction ol the deepwater cement head has been indicated.The study results can provide reference for the development of deepwater cement head by domestic institute.Keywords：deepwater cementing；cement head;modular structure;high-pressure rotary seal;functional mechanism integration;remote control0引百随着深水钻井作业费用的与日俱增，如何高效 安全地完成钻井工程，已成为当前深水作业的工作 要点[1_2]。
深井固井质量影响因素
试验条件 指标
试验条件
指标
27℃×7.0 MPa
27℃×7.0 MPa
＞250
63℃×31.7MPa 93℃×51.7MPa
＜1020 93℃×7.0MPa
＞120(二 级 ×24h
＞3.5
71℃×20.7MPa ×48h
138℃×20.7Mp a ×48h
11 13103℃0℃
00 0
1
2
3
4
5
6
0
2 分压，MPa 4
6
分压，MPa
8 7
介质流速：0.2m/s
100℃
6
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
分压，MPa
110℃ 130℃
80℃ 60℃
5
6
腐蚀速率，mm/a
二、深井固井质量影响因素
4、套管及水泥环易受腐蚀
CO2气体在有水或湿环境下CO2不但对套管会产生腐蚀， 而且同样会对油井水泥石产生严重腐蚀，其作用结果是： 降低了水泥石的碱度，随着碳化腐蚀程度的增大，水泥石 中胶结性组份减少，渗透率变大，抗压强度降低，甚至强 度完全丧失，失去封隔作用。CO2的腐蚀作用机理主要体 现在湿相CO2渗入到水泥石中与水泥石水化产物发生不同 的化学反应，产生不同的化学物质，最终导致水泥石的成 分发生变化
＞180
135℃×7.0MPa
93℃×20.7MPa× 48h
183.5℃×20.7MP a×48h
＜50 ＞18.0
二、深井固井质量影响因素
1、地层温度高、压力高
地层深度
m
0
500
长裸眼段，长水 1000
自修复油井水泥石力学性能与微观结构
DOI: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.04.014自修复油井水泥石力学性能与微观结构刘仍光1，2（1. 国家页岩油气富集机理与有效开发重点实验室，北京 102206；2. 中国石化石油工程技术研究院，北京 102206）刘仍光. 自修复油井水泥石力学性能与微观结构[J]. 钻井液与完井液，2021，38（4）：486-491.LIU Rengguang.Mechanical properties and microstructure of self-healing oil well cement[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid ，2021, 38（4）：486-491.摘要 关于自修复剂掺入水泥浆后对水泥石力学性能及微观结构的影响研究较少。
自修复乳液掺量分别为0%、5%、10%、15%和20%，液固比均为0.44，各水泥浆试样在90 ℃水浴中养护3 d 。
结果表明，自修复乳液的掺入，降低了水泥石的弹性模量，随掺量的增加，水泥石的弹性模量降低较显著；自修复水泥石的强度高于普通水泥石，掺量较小时抗压强度更高，掺量较大时，抗折强度增幅更大。
自修复乳液改变了水泥水化产物Ca(OH)2晶体的微观形貌，使其不再呈叠片状堆积，而是乱向、松散分布且晶体形貌不规则，自修复胶粒沉淀分布于水化产物凝胶网络结构之间。
自修复乳液降低了水泥石的孔隙率，增加了水泥石的平均孔径和最可几孔径。
关键词 油井水泥；自修复乳液；弹性模量；孔隙结构；微观形貌中图分类号： TE256.6 文献标识码： A 文章编号： 1001-5620（2021）04-0486-06Mechanical Properties and Microstructure of Self-healing Oil Well CementLIU Rengguang 1,2(1. State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development, Beijing 102206;2. Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering, Beijing 102206)Abstract The mechanical properties and microstructure of self-healing cement were studied. The adding amount of self -healing emulsion was 0, 5%, 10%, 15% and 20% respectively. The samples were cured under the condition of 90 degrees in the water for 3days. The results showed that the elastic modulus of cement decreased with the incorporation of self-healing emulsion. With the increase of the dosage, the elastic modulus of cement decreased significantly. The strength of self-healing cement paste was higher than that of normal oil well cement. The compressive strength was higher with small amount addition, and the increase of flexural strength was greater with increase of addition. The microstructure of hydroxide crystal appeared scattered and loose instead of regular hexagonal. Self-healing colloidal particles were distributed between the network structures of hydration product gel. The porosity was reduced and the average and most probable pore size increased of self-healing cement.Key words Oil well cement; Self-healing latex; Elastic modulus; Micro morphology; Pore structure油气井水泥环在井下复杂条件下易发生密封失效，如页岩气井大型水力压裂施工作业[1–3]，储气库井强注采[4–5]以及酸性气田中酸性气体腐蚀[6–7]等，造成油气水窜，导致资源浪费和安全隐患。
深水表层固井水泥浆体系的优选
深水表层固井水泥浆体系的优选作者：廖易波李望军范鹏刘玉杰陆永伟闫许峰来源：《科技视界》2019年第23期【摘要】最近几年中，深水油气发现占全球油气发现总量逐步增大，深水油气资源已成为未来全球石油战略接替的重点，为更好地促进我国深水固井技术的发展，笔者团队结合室内研究与现场实际应用，总结了一套适用于超水表层固井的低密全液早强水泥浆体系。
该水泥浆体系配方简单，采用全液体添加剂，成本低，具有良好的流变性能、防气窜性能及沉降稳定性。
该体系低温下水泥石强度发展好，具有较高的抗压强度，控失水性能强。
目前该低密全液早强水泥浆体系成功应用于南海多口深水井中，现场应用表明：该体系现场易配浆，浆体流动性良好，水泥浆气泡少，现场操作方便，固井作业时未发现浅层气窜漏，满足后续施工要求。
【关键词】深水;低密度;全液体;早强;水泥浆体系中图分类号：TE256.5 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）23-0005-004DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2019.23.002【Abstract】In recent years， Deepwater oil and gas resources have become the focus of future global petroleum strategic succession due to the gradual increasing of deepwater oil and gas discoveries in global oil and gas discoveries. In order to better promote the development of deepwater cementing technology in China， we combined field application with indoor research， and a set of low-density full-liquid early-strength cement slurry system suitable for deepwater surface cementing is summarized. The cement slurry system has a simple formulation， adopts full liquid additives，has low cost， and has good rheological property， anti-gas enthalpy performance， sedimentation stability. The strength of the cement stone is good at low temperature， and it has high compressive strength and strong water loss control performance. At present， the low-density all-liquid ;early-strength cement slurry system has been successfully applied to several deepwater wells in the South China Sea. The field application shows that the system is easy to be prepared， the slurry has good fluidity， few bubbles， and the operation is convenient on site. No shallow gas leakage is found during cementing operations， which meets the requirements of subsequent construction.【Key words】Deep water; Low-density; All-liquid; Early-strength; Cement slurry system0 前言當前，全球的油气消费量以较快的速度增长，全球油气增长乏力，世界石油工业正面临着极大的挑战[1]。
滨海环境中超深井井壁混凝土力学性能及微细观结构特征
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水泥基材料微观结构与力学性能研究
水泥基材料微观结构与力学性能研究一、前言水泥基材料是建筑工程中常见的一种材料，其力学性能是关键因素之一。
水泥基材料的力学性能与其微观结构密切相关，因此本文将探讨水泥基材料的微观结构与力学性能的研究。
二、水泥基材料的微观结构1. 水泥基材料的组成水泥基材料主要由水泥、砂、石子和水等材料组成。
其中，水泥是水泥基材料的主要成分，可分为硅酸盐水泥、硬化矿物水泥和特种水泥等。
砂和石子是水泥基材料的骨料，用于增强水泥基材料的强度和耐久性。
水是水泥基材料的溶剂，用于调配水泥基材料的稠度和流动性。
2. 水泥基材料的微观结构水泥基材料的微观结构包括水泥熟料和水泥石两个部分。
水泥熟料是水泥基材料的原料，经过烧结和混合后形成水泥石。
水泥石是水泥基材料的主体，其微观结构主要由水化产物、气孔和胶凝体等组成。
3. 水泥石的微观结构水泥石的微观结构是水泥基材料的重要组成部分，其微观结构的不同会影响水泥基材料的力学性能。
水泥基材料的微观结构主要由以下几个方面构成：（1）水化产物水化产物是水泥石的主要组成部分，其形成主要是由于水泥熟料中的矿物质与水发生反应，生成硅酸钙水化物、氢氧化钙等物质。
水化产物的种类和数量直接影响水泥基材料的力学性能。
（2）气孔气孔是水泥基材料中的空隙，其主要来源是水泥熟料中的气体和水泥石中的气体等。
气孔的大小和数量直接影响水泥基材料的强度和耐久性。
（3）胶凝体胶凝体是水泥基材料中的胶状物质，其主要是由于水、水化产物和胶体物质的相互作用形成的。
胶凝体的形成与水泥基材料的力学性能密切相关。
三、水泥基材料的力学性能1. 水泥基材料的力学性能的分类水泥基材料的力学性能主要包括强度、刚度、韧性和耐久性等方面。
其中，强度是水泥基材料的主要力学性能之一，包括抗压强度、抗拉强度、抗弯强度等；刚度是水泥基材料的抵抗变形的能力；韧性是水泥基材料的抵抗破坏的能力；耐久性是水泥基材料的长期使用性能。
2. 水泥基材料的力学性能的影响因素水泥基材料的力学性能受到许多因素的影响，其中微观结构是影响力学性能的关键因素之一。
混凝土的微观结构分析
混凝土的微观结构分析一、引言混凝土是一种灰色的建筑材料，是由水泥、砂、石、水等原材料经过混合、浇筑、养护等工艺制成。
混凝土具有良好的力学性能、耐久性和施工性能，被广泛应用于建筑、桥梁、隧道等工程中。
混凝土的微观结构是影响其力学性能和耐久性的关键因素。
因此，深入研究混凝土的微观结构具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、混凝土的成分与结构1. 混凝土的成分混凝土的主要成分包括水泥、砂、石、水和一些添加剂。
其中，水泥是混凝土的基础材料，主要起到胶结作用。
砂和石是混凝土的骨料，主要起到填充作用。
水是混凝土中的溶剂，主要起到溶解水泥的作用。
添加剂包括减水剂、增稠剂、增强剂等，可以改善混凝土的性能。
2. 混凝土的结构混凝土是一种多孔材料，其结构可以分为宏观结构和微观结构两个层次。
宏观结构是指混凝土的整体形态和布局，包括组成混凝土的各种材料的分布、孔隙的形态和分布、混凝土的密实度等。
微观结构是指混凝土中水泥石、骨料和孔隙的微观形态和分布。
混凝土中的水泥石是混凝土的基础骨架，骨料是混凝土的填充材料，孔隙是混凝土中的空隙。
三、混凝土的微观结构分析1. 水泥石的微观结构水泥石是混凝土的基础骨架，是水泥水化反应的产物。
水泥水化反应是指水泥与水发生化学反应，生成水化产物的过程。
水泥水化反应可以分为三个阶段：溶解、凝胶和成长。
在溶解阶段，水泥与水中的离子发生化学反应，生成一些溶解产物。
在凝胶阶段，水泥溶液中的离子开始聚集形成胶体颗粒，这些胶体颗粒逐渐增大，形成水泥胶体。
在成长阶段，水泥胶体逐渐晶化，形成水泥石。
水泥石的微观结构主要由水化产物和孔隙组成。
水化产物是由水泥水化反应生成的胶体颗粒和晶体颗粒组成。
孔隙是由水泥水化反应中水分的蒸发和胶体颗粒的收缩引起的。
水泥石的微观结构对混凝土的力学性能和耐久性有着重要的影响。
2. 骨料的微观结构骨料是混凝土的填充材料，主要由石子和沙子组成。
石子是混凝土中直径大于5mm的骨料，沙子是混凝土中直径小于5mm的骨料。
海洋深水固井水泥浆的难点问题及解决方法
水 合 物存 在 于 深 水 水 合 物 层 固 井 ，所 以只 得 采用 比一 般 性 能 更好 的 固井 液 材 料 ， 造成 改变 材 料 和 工 艺 措 施 ，使 固井 液 成 本 和 固 井 作业 费用 成 倍 上 升 。 同时 ，在 固井 作 业 中成 本 最 高 的是 钻 井 装 置 的租 金 费 用 ，如 能有 效 缩 短 建 井 周 期对 于 降 低 工 程 成 本 具 有 很大 作 用 。在 整 个 工 艺流 程 中 ， 深 水 水 合 物 层 、 固井 水 泥 的候 凝 时 间 有 一个 很 大 的提升 空 问。
温 度 对 水 泥 浆 有 着 重 要 的 作 用 。 温 度 一 般 分 为 井底 静 态 温 度 和 井 底 循环 温 度 。在 不 同温 度 下 ， 水 泥 凝 结 的 时 间 和 抗 压 强 度 会 发 生 巨大 变 化 ， 同 时 也 会 导 致 水 泥 浆 的流 动 性 、 失 水 性 变 弱 。根据 有 关 资 料 ， 目前确 定注 水 泥 浆 的温 度 由 以下 计算 公 式 决 定 ：首 先确 定井 底 静 止 温 度 （ 井 底静止 温度＝ 地表 温度＋ 地 温 梯 度 ×井 深 ） ，然 后 根据 循 环 温 度 和 井 底 静 止温 度 间 的关 系 求 解 出 井底 的循 环 温 度 。虽 然 该 公式 可 以求 解 出深 水 固
，
率 不尽 相 同 。如 果 在 深 水 固井 时 ，不 注 意选 择 合 适 的水 泥 浆 体 系 ，会 造 成水 泥 浆 水 化 放 热变 快 ， 从而引发水泥浆整体温度升 高。一旦水泥浆温度 升 高 ，水 化 速 率 就会 加快 ， 引起 水 合 物 的 分解 ， 最 后在 某 处 形 成 异 常 高压 ，容 易 造 成 井 喷 的危 险 情 况 。基 于 这 一 问题 ， 不少 专 家 开 发 了一 系列 水 泥浆 体 系 ：如 泡 沫 水 泥 、微 珠 水 泥 、液态 交 替 填 充水 泥 等 ，为 解 决水 化 放 热 问题 提 供 了有 力 的理 论途径 。
高密度胶乳水泥浆体系在深井固井中的研究与应用
西部探 矿 工程
２ １ 年第 １ ０１ ０期
高 密度 胶 乳 水 泥 浆体 系在 深 井 固井 中 的研 究 与应 用
张 永 海 ， 田群 山 ， 杜 江 ， 宗璋 ，祁 文 明 ， 永 星 赵 马
（ 部钻探 国际钻 井公 司 ， 西 新疆 乌鲁木 齐 ８ ０ ０ ） ３ ０ ０
摘 要： 随着勘探开发事业的不断发展 ， 呈现钻 井井深越来越深、 地层压力越来越 高的现象， 因此 完井 时存在 泥浆 密度 高 、 化度 高、 矿 井底 温度 高 、 地层 安 全压 力 窗 口小等客观 条件 ， 井 固井对水 泥浆体 系 深 提 出 了更 高的要 求 。根据 高密度水 泥浆体 系的要 求 ， 国际钻 井 固井公 司对胶 乳体 系进 行调研 分析后 ，
＊ 收稿 日期 ：００ １—３ ２ １—２１ 第 一作者简介： 张永 海（ ９ ２）男 （ １ ６一 ， 汉族） 青海西宁人 ， ， 高级工程师 ， 现从事 钻井工程 管理工作 。
２ １ 年第 １ 期 ０１ Ｏ
西部探矿工程
７ ９
化产物连接在一起 ， 形成一种聚合物和水化产物互相渗 透、 复合的网状结构 ， 最终形成聚合物薄膜覆盖的凝胶。 由于胶 乳 在水 泥微 缝 隙 间形 成桥 接 并 抑 制 了缝 隙 的发 展从 而增 强 了水 泥 石 的弹 性 ， 高 了抗 冲击 性 能 ； 泥 提 水 石抗渗透率降低， 提高了抗底水腐蚀 的能力。胶乳水泥 浆中具有较多的表面活性剂 ， 降低 了界面张力 ， 提高界 面问的亲和力 ， 使界面胶结强度增加， 胶乳的胶束颗粒 填充在水泥颗粒之间 ， 胶乳水泥浆体 系具有较好 的塑 性 ， 以防止水泥水化时的体积收缩， 可 提供 良好 的界面 胶结 。室 内实验 中把 纯 水 泥 和胶 乳 水 泥 分别 在 不 同 的 温度下 养护 ２ｈ 然后 在万 能伺 服实验 机 上 同时测 定 抗 ４， 压强度及 弹性 模 量 ， 验 温度 ５ ℃ ～ ７ ℃ ， 乳 在 实 ０ Ｏ 胶 水 泥 中 的 掺 量 为 １ （ ０ 占水 泥 重 ） 结 果 如 表 ｌ所 ，
混凝土中的微观结构分析方法
混凝土中的微观结构分析方法一、引言混凝土是一种最常见的建筑材料，它的性能直接影响着建筑物的结构安全和耐久性。
混凝土的性能与其微观结构密切相关，因此了解混凝土中的微观结构对于混凝土的性能分析和优化至关重要。
二、混凝土中的微观结构混凝土是由水泥、砂、骨料和水按一定比例混合而成的复合材料。
混凝土中的微观结构包括水泥石、砂浆骨料界面带和孔隙结构。
1. 水泥石水泥石是由水泥和水在一定时间内反应形成的胶结材料。
水泥石的主要成分是硅酸钙凝胶和水化硬化产物。
硅酸钙凝胶是水泥中最重要的反应产物之一，其具有很强的胶凝性和粘附性。
水化硬化产物包括钙硅石、钙铝石等，它们填补了水泥石中的孔隙，提高了水泥石的密实度和强度。
2. 砂浆骨料界面带砂浆骨料界面带是砂浆和骨料之间的过渡区域。
它包括砂浆中的水泥石和骨料表面的胶凝材料。
砂浆骨料界面带的质量和强度影响着混凝土的强度和耐久性。
3. 孔隙结构混凝土中的孔隙主要包括毛细孔、小孔和大孔。
毛细孔是直径小于50nm的微小孔隙，它们主要由水化产物中的毛细孔和水泥石中的孔隙组成。
小孔的直径在50nm到500μm之间，大孔的直径大于500μm。
混凝土中的孔隙结构直接影响着混凝土的强度和耐久性。
三、混凝土中微观结构分析方法混凝土中的微观结构分析包括物理试验、化学试验和显微镜观察等方法。
1. 物理试验物理试验是通过测量混凝土的物理性质来分析混凝土中的微观结构。
常用的物理试验包括密度测定、孔隙率测定、毛细孔压汞试验、吸水性测定和渗透试验等。
（1）密度测定密度是衡量混凝土密实程度的重要指标。
通过测定混凝土的密度，可以了解混凝土中的孔隙率和孔隙结构。
常用的密度测定方法包括水中置换法、直接法和包容法等。
（2）孔隙率测定孔隙率是混凝土中孔隙的体积占总体积的比例。
通过测定混凝土的孔隙率，可以了解混凝土中孔隙的分布和孔隙结构。
常用的孔隙率测定方法包括质量法、水中置换法和包容法等。
（3）毛细孔压汞试验毛细孔压汞试验是一种通过测定混凝土中毛细孔的孔径和孔隙率来分析混凝土中的微观结构的方法。
混凝土的微观结构PPT课件
乔贝 任亚楠
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混凝土的微观结构
• 2.1定义 • 2.2重要性 • 2.3复杂性 • 2.4骨料相的微结构 • 2.5水化水泥浆体的微结构 • 2.6混凝土中的过渡区
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2
2.1定义
• 微结构：是指宏观结构中用显微镜放大才可见的部 分。
• 所谓宏观结构一般是指用肉眼可见的、粗大的微结 构;肉眼不可见的界限大约在1mm的五分之一。
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2.6混凝土中的过渡区
• 粗骨料颗粒和水化水泥浆体之间存在着过渡区，虽 然它的组成和水化水泥浆体相同，但其微结构与性 能不同于水泥浆体。
• 过渡区的发展顺序：
首先，新压实的混凝土中，大颗粒骨料周围形成水膜。
随后，水泥浆体本体中，钙、硫酸根、氢氧根以及铝 酸根离子，结合生成钙矾石和氢氧化钙。由于水灰 比比较大，这些靠近粗骨料的结晶产物为较粗大的 晶体，因此形成比水泥浆或砂浆本体更多孔隙的构 架；板状的氢氧化钙晶体趋向形成定向层。
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2.5水化水泥浆体的微结构
• 水化水泥浆体在这里的含义是指由波特兰水泥（以 下称硅酸盐水泥）制备的浆体。硅酸盐水泥是一种 灰色粉末，呈多棱角颗粒，粒径约为1~5um。它通 过粉磨熟料和少量硫酸钙得到，熟料是由氧化钙和 硅、铝、铁的氧化物经高温反应产生的几种化合物 非匀质的混合物而生产出的。熟料基本组成大约对 应为C3S、C2S、C3A和C4AF。
• 一个固体各个相的类型、数量、尺寸、形状及其分
布即构成了该固体的微结构。
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2.2重要性
• 材料领域的进步首先在于可以从内部的微观结构认 识到其性能由来的机理。换句话说，性能可以通过 使材料微结构适当地变化得到改进。虽然混凝土是 应用最为广泛的结构材料，但它的微结构是不均质 且高度复杂的。所以研究它的微结构至关重要。
海洋深水表层固井水泥浆体系浅析
2020年04月水合物稳定性特性曲线，需要收集海洋深水区域及施工现场整体的温度和压力数据作为基础，并经过比对分析，找出其中水合物分解的因素、的水泥浆体系水化热对温度的影响等规律，给予深水水合物层固井水泥浆设计一个更好的指导。
2.2海洋深水固井材料体系研究我国目前应用于海洋深水区域的较为先进的水泥浆体系有两种种类，分别是低温泡沫水泥浆体系和低温低密度水泥浆体系。
低温泡沫水泥浆体系具有侯凝时间短、过渡时间短的特点，对于浅层流窜流的发生有较好的抑制作用，是现在深水材料体系中发展较迅速的一种材料。
然而这种材料在应用上大大增加了施工工艺的难度，还需在施工工艺上着手，重点研究使得低温泡沫水泥浆能够更好地发挥其功效，提高海洋深水固井的质量。
低温低密度水泥浆能够极好的适应海底松软地层，缓解高压力下漏失、环空间隙小等问题。
在这两种材料有效应用的基础上，还应该不断加强对适用于低温、无缓凝副作用的降失水剂及分散剂、防止浅层窜流的外加剂之类材料的深入研究，不断加强和优化水泥浆的密度、抗压、胶凝等性能，相关的技术部门投入更多的人力物力，不断完善我国海洋深水固井材料体系的研究。
2.3优化固井设计软件系统信息化时代背景下，石油开发与勘探过程也逐渐信息化、智能化。
一方面，通过构建系统化的海洋深水固井设计的软件，能够更加精确的对水泥浆泵注过程中的地层承压情况、水泥浆温度变化的情况进行模拟，综合考察整体的海底环境状况，精确地掌握油井各方面的信息，包括整体的温度、密度、浅流层流窜状况等，及时发现疏漏并提出对应的解决措施。
另一方面，现在已经具备有成套的固井泵管控装置，能够自动进行浆液混合。
传统对于水泥浆的比例都是人工查验，难以保证精确性，而现代的固井泵大部分已经智能化，可以通过智能显示屏反馈各个时段浆液的密度，大大提高了固井工作的精确性。
要切实提高我国海洋深水区域固井工程的智能化技术，通过精确的计算，设计更为科学的、具有针对性水泥浆体系，优化海底固井的设计方案。
水泥石微结构
• 较粗的水泥颗粒水化 时，在水泥颗粒表面 生成屏蔽薄膜，水化 是多相扩散过程控制。 • 水化产物沿屏蔽薄膜 里外两面结晶，充填 毛细孔。 • 形成两类孔：凝胶孔 和大毛细孔。
• 较细的水泥水化时按 纯结晶机理水化，分 散度高，在细颗粒周 围不形成屏蔽膜。 • 在强烈过饱和溶液中 各种固体微粒周围都 有结晶的水化产物生 成。 • 形成凝胶孔、微毛细 孔和较少的大毛细孔。
裂缝阻挡元；
局部高阻力区。
钝化的裂缝前沿区。
相邻凝胶粒子接触处。
凝胶粒子内外包络面的径向裂 面。 未水化熟料颗粒的外表面。
• 裂缝通道元和裂缝阻挡元的存在使裂缝扩展初 期会受到暂时的抑制，进一步增加荷载则可形 成新的裂缝通道。所以硬化水泥浆体不会由一 条临界裂缝而破坏。
• 弹性模量和断裂表面能均是孔隙率P的函 数： E=E(P) P=(1-P) • 在实际的多孔材料中，由于相邻的裂缝 之间存在相互作用，有效最大裂缝长度c 敏感地取决于孔尺寸分布（PSD），尤 其取决于发现大孔的几率： c=c(PSD)
² Ó ¯ » ó º
• 用一般的混凝土制备技术，即选择好的 骨料、选用高强水泥与矿物掺合料、合 适的配合比、低水胶比、合理的养护制 度，能提高水泥基材料的强度，但程度 有限。 • 超高强水泥基材料必须用专门的技术 （热压、压蒸）和专门的材料（聚合物、 纤维和硅灰等）制备。
• 超高强水泥基材料的微结构特征是低孔 隙率、高密度和无大缺陷。 • 通过物理的、化学的和物理化学的方法 来达到目的。
ei x i ei
最小 ——强度最高
——容重最小
最大
ei：第i级孔的分数 xi：第i级孔的影响系数
近藤连一和大门正机的孔级配划分： 凝胶微晶内的孔：孔半径 ＜6 Angstrom 凝胶微晶间的孔：孔半径 ≈6～10 Angstrom 凝胶粒子间的孔：孔半径 ≈16～1000 Angstrom 毛细孔： 孔半径 ＞1000 Angstrom Mehta的分类： ＜1320 Angstrom 的孔对混凝土的强度和渗 透性无影响，将其分为4级。 Odler则认为＜200 Angstrom 的孔对混凝土的强 度无影响。
深水固井水泥石微观结构
0引言目前，我国在深海油气勘探开发上才刚刚起步，在制定的国家“863”计划中，深水固井作为一项单独的技术提出，为我国深水固井的发展提供了非常好的机遇。
而固井质量的好坏对一口油气井能否安全、经济、长期的开采密切相关，固井作业后期要经受住射孔、压裂等增产措施和修井作业的考验。
国内外关于深水固井的研究主要针对解决深水固井技术难题，而专门针对深水低温水泥石的微观结构的研究较少。
近年来人们一直在探索将先进的现代化测试手段与传统的实验方法相结合，进行高性能水泥石的研究，目的在于通过了解水泥石微观结构的形成规律，对最终水泥石的综合力学性能的评价起指导意义。
1实验方法按API 10B-3-2004标准规范制备水泥浆，在10℃恒温水浴常压养护24h ，然后进行XRD 衍射试验，SEM 扫描电镜试验。
试验配方如下所示：配方1：100%SDG+25%P61+4%G84L+1.5%FD2L+4%A21S+2%A21L+60.75%SW配方2：100%SDG+25%P61+4%G84L +1.5%FD2L +4%A21S +2%A21L+10%PC-GS12L +57.75%SW2实验结果分析2.1低温下密度1.5g/cm 3水泥石XRD 表征图1是密度1.5g/cm 3水泥浆配方1在10℃/常压养护24h 、48h 、10d 的水化产物XRD 图谱。
从图1的衍射峰强度可以看出，主要的水化产物有C-S-H 凝胶、钙矾石AFt （X-射线衍射图上特征峰值为d=0.973,0.561,0.388nm ）、未水化的硅酸三钙C 3S （X-射线衍射图上特征峰值为d=0.302,0.277,0.274，0.26，0.218nm ）和硅酸二钙C 2S （X-射线衍射图上特征峰值为d=0.278，0.274，0.261，0.218nm ）以及Ca(OH)2的结晶峰（d=0.49，0.31，0.263，0.193，0.179nm ）[1]。
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0引言目前，我国在深海油气勘探开发上才刚刚起步，在制定的国家“863”计划中，深水固井作为一项单独的技术提出，为我国深水固井的发展提供了非常好的机遇。
而固井质量的好坏对一口油气井能否安全、经济、长期的开采密切相关，固井作业后期要经受住射孔、压裂等增产措施和修井作业的考验。
国内外关于深水固井的研究主要针对解决深水固井技术难题，而专门针对深水低温水泥石的微观结构的研究较少。
近年来人们一直在探索将先进的现代化测试手段与传统的实验方法相结合，进行高性能水泥石的研究，目的在于通过了解水泥石微观结构的形成规律，对最终水泥石的综合力学性能的评价起指导意义。
1实验方法按API 10B-3-2004标准规范制备水泥浆，在10℃恒温水浴常压养护24h ，然后进行XRD 衍射试验，SEM 扫描电镜试验。
试验配方如下所示：配方1：100%SDG+25%P61+4%G84L+1.5%FD2L+4%A21S+2%A21L+60.75%SW配方2：100%SDG+25%P61+4%G84L +1.5%FD2L +4%A21S +2%A21L+10%PC-GS12L +57.75%SW2实验结果分析2.1低温下密度1.5g/cm 3水泥石XRD 表征图1是密度1.5g/cm 3水泥浆配方1在10℃/常压养护24h 、48h 、10d 的水化产物XRD 图谱。
从图1的衍射峰强度可以看出，主要的水化产物有C-S-H 凝胶、钙矾石AFt （X-射线衍射图上特征峰值为d=0.973,0.561,0.388nm ）、未水化的硅酸三钙C 3S （X-射线衍射图上特征峰值为d=0.302,0.277,0.274，0.26，0.218nm ）和硅酸二钙C 2S （X-射线衍射图上特征峰值为d=0.278，0.274，0.261，0.218nm ）以及Ca(OH)2的结晶峰（d=0.49，0.31，0.263，0.193，0.179nm ）[1]。
不同水化产物中各物质在水泥中相对含量不同。
在24小时水化时间，G 级水泥原浆水化产物中含有较多的Ca (OH)2，1.5g/cm 3深水低温水泥浆体系水化产物中C-S-H 相对较多；到了48小时、10天水化龄期，水化产物中AFt 峰和弥散状C-S-H 峰所占比例增多。
同时未水化水泥中的C 3S 和C 2S 熟料矿物随水化龄期的延长而减少，深水低温水泥浆体系中未水化水泥熟料矿物衍射峰比G 级水泥弱，说明相同水化时间内深水低温水泥体系水化程度比G 级水泥原浆高。
2.2低温下密度1.5g/cm 3水泥石SEM 表征2.2.1未加防窜增强剂PC-GS12L 水泥石SEM 表征未加防窜增强剂PC-GS12L 的1.5g/cm 3水泥浆经过10℃/常压养护24h 的SEM 图如图2所示。
由图2可以看出发现水化产物中有呈六方形状的Ca(OH)2晶体，说明Ca(OH)2晶体的沉淀析出加速了水化反应速率，这与水泥水化保护层理论认为Ca(OH)2的沉淀是水化速率加快的结果一致。
保护膜的破裂标志着水化反应进入了加速期，被暴露出来的硅酸三钙、硅酸二钙水泥孰料颗粒发生水化反应，按照“硅酸盐花园”的模式生成大量的C-S-H 凝胶，C-S-H 凝胶互相交错，呈现出网状结构，使水泥浆开始进入凝结状态[1]。
生成的大量C-S-H 凝胶充填在水泥颗粒空隙间，使水化产物显微结构变的越来越致密，另外也观察到少量图1 1.5g/cm 3水泥试样水化不同时期的XRD 图谱深水固井水泥石微观结构研究邱超1李丽3钱昭勇2刘孟慧1王清顺1（1．中海油田服务股份有限公司油田化学研究院，河北燕郊065201；2．大庆钻探工程公司钻井生产技术服务二公司，吉林松原138000；3．吉林油田公司农工商企业总公司，吉林松原138000）【摘要】随着全球油气需求的不断增长和陆地油气资源的不断减少，石油勘探开发不断向深海深入。
国内也开始全面向深水进军，开发深水油气资源。
对于深水表层固井，面临着低温、地层疏松、浅层流等技术难题，国内外在这方面做了大量的研究，这些研究主要针对解决深水固井技术难题，针对深水低温水泥石的微观结构的研究较少。
本文利用XRD 、SEM 等仪器对密度1.5g/cm 3的水泥石在低温条件下不同养护期的微观结构及成分进行了分析研究。
结果表明：加入防窜增强剂PC-GS12L 的水泥浆体系的水化产物形状变化不大，只是结构上变的致密许多，并且生成的水化产物更多。
【关键词】深水；低温；水泥石；微观结构Microstructure Research for Deepwater cementing StoneQ IU Chao 1L I Li 3Q IAN Z hao －yong 2L IU Men －hui 1W ANG Q ing －shun 1（1．Oilfield Chemicals R &D Center,China Oilfield Services Limited,Sanhe,Hebei 065201；2．The Daqing drilling engineering drilling production technology service company,Songyuan Jilin 138000；3．The depiction of Jilin oilfield company enterprise corporation ,Songyuan Jilin 138000）【Abstract 】With the growing of demand for global oil and gas and increasingly exhausted of oil and gas resources on land,exploration and development have been facing the trend of deep water to the ocean,low temperature,undersea soft strata and shallow flow are the general characteristics of these strata,at home it has been done a lot of research on the hand,these studies focused on solving technical problems deepwater cementing,but the research of set cement microstructure for the low temperature of deep water was almost no coverage.In this paper,it has been researched the microstructure and composition of density of the cement 1.5g/cm 3in different curing time at low temperatures with XRD,SEM.The results have been showed that:With adding the anti-migration enhancer agent of PC-GS12L,The hydration products of cement slurry with adding anti-migration enhancer agent of PC-GS12L has been little changed in shape,but generated more hydration products ,and make the structural more compacted.【Key words 】Deepwater ；Low temperature ；Set cement ；Microstructure作者简介：邱超，男，中海油田服务股份有限公司油田化学研究院，初级工程师。
106棒状钙矾石Aft晶体。
随着水泥熟料颗粒的继续水化，硅酸钙矿物熟料不断水化生成C-S-H凝胶和Ca(OH)2晶体。
明显可以看到大量的六方片状结构的Ca(OH)2晶体和呈雪花状的C-S-H凝胶，两者相互交织堆积，水化产物显微结构更加致密。
2.2.2加入10%防窜增强剂PC-GS12L水泥石SEM表征加入10%PC-GS12L的1.5g/cm3水泥浆经过10℃/常压养护24h 的SEM图谱如图3所示。
由图3可以看出，加入PC-GS12L的水泥浆体系的水化产物形状变化不大，只是结构上变的致密许多，并且生成的水化产物更多。
从图上看出，水化产物主要有C-S-H凝胶、AFt晶体和Ca(OH)2晶体。
图上清晰的看到大量密实的雪花糕状C-S-H存在，并且相互连接成团，水泥石中孔隙已经很少，这说明水化的较为充分。
体系中只含有少量Ca(OH)2，从Ca(OH)2出现地方可以看到有一个较大孔隙，这可以证实大量Ca(OH)2存在会对水泥石强度产生较大影响。
C-S-H缝隙之间有AFt针状物交叉生长，这些水化产物填充早期形成的C-S-H凝胶孔隙内，使水泥石微观结构更加致密，有利于继续增大水泥石抗压强度[2]。
3结论3．1加入PC-GS12L的水泥浆体系的水化产物形状变化不大，只是结构上变的致密许多，并且生成的水化产物更多。
3．2PC-GS12L的活性二氧化硅微细颗粒，能够参与水泥的水化反应，促进水化反应进程，能够显著提高水泥石在低温条件下的早期强度，特别适合深水低温条件下的固井。
【参考文献】［1］李素昉.水泥微观形貌的图像分析[D].济南大学，2004.［2］Barnes P著．水泥的结构和性能[C]．吴兆琦，汪瑞芬，译．北京：中国建筑工业出版社，1991：227－306．［责任编辑：王静］图2 1.5g/cm3水泥试样水化24h的SEM图谱（0%PC-GS12L）图3 1.5g/cm3水泥试样水化24h的SEM图谱（15%PC-GS12L）●科（上接第82页）目前，应用于车牌字符内容识别的算法多种多样，主要有模板匹配法识别法、基于神经网络识别法与基于支持向量机识别法等[3]。
本文主要针对运用模板匹配法实现车牌字符内容识别的车牌识别系统设计了云识别的具体流程，这种流程对于基于其他识别方法的云识别流程也有着借鉴意义。
设计的云识别系统的流程如下：4．1客户端完成车辆图像的采集之后，通过标准的HTTP协议，向云服务器发送含有车牌的被拍车辆图片。
云服务器通过部署在其上的车牌识别系统各功能模块的算法对被拍车辆图片进行处理，完成车牌定位、字符分割等工作，取得经分割后的单张车牌字符图像，并提取每张待识别字符图像特征，构建描述待识别字符图像的特征值。