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%SW

2

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 Stone

Q IU Chao 1

L 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。

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