固井水泥浆的水化规律

固井水泥浆的水化规律

２０１０年第３４卷

第３期

文章编号：１６７３．５００５（２０１０）０３－００５７－０４

中国石油大学学报（自然科学版）

Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ

Ｖ０１．３４Ｎｏ．３

Ｊｕｎ．２０１０

固井水泥浆的水化规律

王斌斌，王瑞和

（中国石油大学石油工程学院，山东青岛２６６５５５）

摘要：油气井固井过程就是水泥浆不断水化的过程，采用直接测试的方法考察固井水

泥浆在不问温度、水灰比、掺料和外加剂条件下的水化规律。结果表明：随着温度升高，

水化进程加快，水化温升峰值增大；水灰比的增人使温升峰值降低，水灰比为０．４—０．５５时影响较人；粉煤灰和矿渣能推迟峰值｝｝ｊ现时问，降低水化温升，但矿渣降

低程度不如粉煤灰明显，掺量增加，水化后期温升较大；氯化钙对水化温升的影响随掺量

的增加而变大，增大水化温升，加快峰值出现，但掺量较人会引起水化温升过高。

关键词：同井水泥浆；水化机制；水化温升；外加剂中图分类号：ＴＥ

２５６．７

文献标志码：Ａ

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－５００５．２０１０．０

３．０１２

Ｈｙｄｒａｔｉｏｎｌａｗｏｆｃｅｍｅｎｔｉｎｇｓｌｕｒｒｙ

ＷＡＮＧＢｉｎ．ｂｉｎ．ＷＡＮＧＲｕｉ—ｈｅ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎＣｈｉｎａ

Ｕｎｉｖｅｍｉ＠ｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６５５５，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅｌｌｃｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｅｍｅｎｔｉｎｇｓｌｕｒｒｙｈｙｄｒａｔｉｏｎ．Ｈｙｄｒａｔｉｏｎｌａｗｏｆｃｅｍｅｎｔｉｎｇｓｌｕｒｒｙ

ｗａｓ

ｓｔｕｄｉｅｄｕｎｄｅｒ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ｗａｔｅｒｔｏｃｅｍｅｎｔｒａｔｉｏｓａｎｄａｄｍｉｘｔｕｒｅｓｔｈｒｏｕｇｈｄｉｒｅｃｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒ－

ａｔｕｒｅ

ｃａｎ

ｏｂｖｉｏｕｓｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ—ｒｉｓｅｏｆｔｈｅｃｅｍｅｎｔａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｅｔｈｅｈｙｄｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ

Ｃａｌｌ

ｗａｔｅｒｔｏ

ｅｅ—

ｍｅｎｔｒａｔｉｏ

ｒｅｄｕｃｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｒｉｓｅ，ａｎｄｉｔ

ｃａｎ

ｈａｓ

ａ

ｇｒｅａｔｅｒ

ａｆｆｅｃｔｉｏｎｗｈｅｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆ

ｔｏ

ｗａｔｅｒｔｏｃｅｍｅｎｔｒａｔｉｏｉｓ０．４－ｏｆｒｅｄｕｃｉｎｇ

ｃａｎ

０．５５．Ｂｏｔｈｓｌａｇａｎｄｆｌｙａｓｈｔｕｒｅ・ｒｉｓｅ，ｓｌａｇｉｓ

ｎｏｔ

ｒｅｄｕｃｅｔｈｅｇｏｏｄ

ａｓ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ—ｒｉｓｅ

ａｎｄｒｅｔａｒｄｔｈｅｔｉｍｅ

ｐｅａｋ．Ｉｎｔｈｅ

ｅｘｔｅｎｔ

ｔｅｍｐｅｒａ－ｉｎｃｒｅａｓｅ

ｃａｕｓｅ

ｏｂｖｉｏｕｓｌｙｉｍｐａｃｔ

ａｓ

ｆｌｙａｓｈ．Ａｎｄｍｏｒｅ

ｓｌａｇ

ｃａｎ

ｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｌａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ—ｒｉｓｅ．ＣａＣｌ２

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｒｉｓｅ．Ｔｈｅ

Ｏｎ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ—ｒｉｓｅｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇｌａｒｇｅｒｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＣａＣｌ２．ＢｕｔｍｏｒｅＣａＣｌ２ｗｉｌｌ

ｅｘｃｅｓｓｉｖｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ—ｒｉｓｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｅｍｅｎｔｉｎｇｓｌｕｒｒｙ；ｈｙｄｒａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｈｙｄｒａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ—ｒｉｓｅ；ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ

固井１二程是油气井钻井１二程中保证油气井寿命、提高采收率及合理开发油气资源的关键¨Ｊ。固井水泥由不同化学特性的矿物组成，与水混合发生复杂的多相化学反应，释放大量热量，直接影响水泥浆的性能。此外，水泥水化，水泥浆传热性能差，结构内部热量不易散发，形成内外温差，使水泥石发生温度裂缝，影响水泥环的质量，大量的水化热对井下工具造成一定的损坏，还会引起水合物分解，导致井眼扩大、水气窜流，影响沉积物的强度，易诱发海底滑坡等地质灾害［２－３ｊ。固井过程是水泥浆彳ｉ断水化的过程，准确把握固井水泥浆的水化规律将为固井

工程提供有力的保证，笔者采用直接测试的方法，对固井水泥浆在不同条件下的温升变化数据进行分析，揭示固井水泥浆的水化规律和水化机制。

１水泥水化机制

固井水泥中最多的熟料矿物是硅酸盐化合物，它是决定水泥水化性质及相关性能的关键组分Ｈ剖。水泥中主要成分为硅酸三钙ｃ，Ｓ（３ＣａＯ・ＳｉＯ：）、硅酸二钙Ｃ：Ｓ（２ＣａＯ・ＳｉＯ：）、铝酸＝三钙Ｃ３Ａ（３ＣａＯ・

Ａ１

２０３）和铁铝酸四钙Ｃ。ＡＦ（４ＣａＯ・Ａ１２０３・

Ｆｅ：Ｏ，）。

收稿日期：２０１０一Ｏｌ—ＩＯ

基金项目：国家“８６３”高技术研究发展计划项日（２００６ＡＡ０９Ａ１０６）

作者简介：王斌斌（１９８１一），女（汉族），山东胶州人，博士研究，ｔ，主要从事固井＿Ｌ：程方匝『的研究。

万方数据

・５８・中国石油大学学报（自然科学版）２０１０年６月

水泥中不同的矿物组分在与水混合后按照各自的速率进行水化，生成各种不同组成、结晶程度的水化产物，并从各方面影响水泥浆及水泥石的性能。

水泥矿物遇水后立即溶解，Ｃ，Ａ首先水化，并在石膏存在的条件下迅速形成钙矾石（３ＣａＯ・Ａ１：Ｏ，・３ＣａＳＯ。・３２Ｈ２０，即ＡＦｔ）。

３ＣａＯ・ＡＩ

一ＣａＯ・ＡＩ

２０３＋１２Ｈ２０＋Ｃａ（ＯＨ）２