早强水泥浆体系综合性能实验研究

郭泉

胜利石油工程有限公司固井技术服务中心技术研究所，山东 东营 257000

摘要：针对塑性微膨胀水泥浆体系不适用于低温浅层区块，根据不同井况固井技术要求，优化设计水泥浆体系，并进行实验研究。

关键词：固井工程；早强水泥浆体系；综合性能；实验研究

1短候凝早强水泥浆体系

试验配方：胜潍水泥，早强剂，聚乙烯醇类降失水剂:1.0%，减阻剂:0.6%。

水泥浆密度：1.95g/cm3

实验条件	早强剂加量
	0.5%	0.8%	1.0%	1.3%
50℃×0.1MPa×4V	120min	82min	33min	25min

实验表明，早强剂加量与稠化时间呈现线性缩短关系。

2短候凝早强增韧水泥浆体系

试验配方：胜潍水泥，聚乙烯醇降失水剂:1.0%，减阻剂:0.6%，增韧剂：0.5% 。

水泥浆密度：1.95g/cm3

实验条件	早强剂加量
	0.5%	0.6%
50℃×0.1MPa×4V	128min	98min
55℃×0.1MPa×4V	85min	55min
60℃×0.1MPa×4V	57min	40min

实验表明，早强剂加量与稠化时间呈现线性缩短关系。

3短候凝早强微膨胀水泥浆体系

试验配方：胜潍水泥，1.0%的聚乙烯醇降失水剂，0.6%的减阻剂和2%晶格膨胀剂。

水泥浆密度：1.95g/cm3

实验条件	早强剂加量
	0.8%	1.0%
50℃×0.1MPa	0min :0.8V     17min:2.0V 45min :3.0V   102min:4.0V	0min :1.0V     15min:2.5V 35min :3.0V    55min:4.0V
55℃×0.1MPa	0min :0.8V     27min:2.5V 55min :3.0V    90min:4.0V	0min :1.0V     20min:2.5V 35min :3.0V    45min:4.0V
60℃×0.1MPa	0min :0.7V     20min：3.0V 45min :3.5V    80min:4.0V	0min :1.0V     10min:2.0V 15min :3.0V    30min:4.0V

在50℃×20Mpa×20min条件下进行了短候凝早强微膨胀体系和塑性微膨胀体系的增压稠化对比试验。见曲线：

图1 短候凝早强微膨胀体系稠化曲线（0.8%的早强剂）

稠化时间：90min/50℃×20Mpa×20min

图2塑性微膨胀体系稠化曲线

稠化时间：220min/50℃×20Mpa×20min

在50℃×20.7Mpa×24h条件下进行了短候凝早强微膨胀体系和塑性微膨胀体系的静胶凝对比试验。见曲线：

短候凝早强微膨胀体系抗压强度发展：

图3  短候凝早强微膨胀体系静胶凝曲线（SYJ-3 2%、早强剂1.0%）

塑性微膨胀体系抗压强度发展：

图4塑性微膨胀体系静胶凝曲线（50℃×20.7MPa×20min）

短候凝早强微膨胀体系胶凝强度发展：

图5短候凝早强微膨胀体系静胶凝曲线（SYJ-3 2%、早强剂1.0%）

塑性微膨胀体系体系胶凝强度发展：

图6塑性微膨胀体系静胶凝曲线（50℃×20.7MPa×20min）

试验项目	短候凝早强微膨胀体系	塑性微膨胀体系
试验条件	50℃×20.7MPa×20min	50℃×20.7MPa×20min
胶凝过渡时间	41min 48Pa;102min 240Pa	198min 48Pa;346min 240Pa
强度发展	118min开始强度发展；	427min开始强度发展

综上可以看出，加入早强剂缩短了稠化时间，同时早期强度有了明显提高。

4液体早强水泥浆体系

进行了聚合物降失水剂、聚乙烯醇降失水剂、晶格膨胀剂、减阻剂及液体早强剂水泥浆体系调配体系实验，进行了50℃试验。

聚乙烯醇降失水剂、减阻剂及液体早强剂水泥浆体系调配实验表

密度 （g/cm3）	外加剂加量（%）			稠化时间 (min)
	聚乙烯醇 降失水剂	液体 早强剂	减阻剂
1.95	1.0	3	0.6	7/50℃Χ0.1MPaΧ4.7V
	1.0	1	0.6	138/50℃Χ0.1MPaΧ4.0V

聚合物降失水剂、晶格膨胀剂、及液体早强剂水泥浆体系调配实验表

密度 （g/cm3）	外加剂加量（%）			稠化时间 (min)
	聚合物降失水剂	液体早强剂	晶格膨胀剂
1.95	2	1.0	/	85/50℃Χ0.1MPaΧ4.0V
	2	1.5	/	71/50℃Χ0.1MPaΧ4.0V
	2	2.0	/	87/50℃Χ0.1MPaΧ4.0V（不一批水泥）
	2	1.0	2	91/50℃Χ0.1MPaΧ4.0V

通过数据分析可以发现，保持聚合物降失水剂加量不变，随着早强剂的增加而稠化时间保持不变，说明两者配伍性不好。

图7液体早强剂体系稠化曲线（SYJ-3 2%、液体早强剂1.0%）

液体早强剂体系抗压强度发展：

液体早强剂体系胶凝强度发展：

图8液体早强剂体系静胶凝曲线（50℃×20.7MPa×20min）

试验条件	50℃×20.7MPa×20min
胶凝过渡时间	27min 48Pa;205min 240Pa
强度发展时间	258min开始强度发展

5水泥石抗压强度的测定

抗压强度的大小，关系到套管与井壁结合的牢固程度。如果水泥石的抗压强度过低，会导致套管不牢固，甚至导致在后期的作业过程中套管脱落，使得后期作业无法继续。通过水泥浆体系抗压强度对比可知，短候凝早强微膨胀水泥浆体系，早强快、候凝短，二界面胶结质量好。