粉煤灰低密度水泥漿體系

Dingle粉煤灰低密度水泥漿體隨看勘探領(lǐng)域不斷向復(fù)雜、深部油氣藏拓展，固井遭遇的特殊井、疑難井愈來愈多。其中低壓易漏是比較突出的問題，針對(duì)低壓易漏地層的固井，可否開發(fā)出一種兼有多種特性的低密度水泥漿體系來適合復(fù)雜井的固井要求是超級(jí)必要的。目前，低密度水泥漿多采納添加低密度材料和增加水灰比來降低水泥漿密度。最經(jīng)常使用的彳氐密度材料有粉煤灰、膨潤土、硅藻土、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、瀝青、礦渣、塑料粉、核桃殼粉、空心微珠、實(shí)心微珠、3M微珠等。采納這種減輕劑的優(yōu)勢是,水泥漿密度可降至~1.60§/53,用漂珠、微珠可降至~1.45g/cm3,缺點(diǎn)是配成的水泥漿體流動(dòng)性較差,稠化時(shí)刻波動(dòng)大,個(gè)別減輕劑（例如空心微珠）價(jià)錢較高、漂珠不適合高壓等。粉煤灰彳氐密度水泥漿一樣存在看強(qiáng)度進(jìn)展慢、密度下限受到限制、體系不穩(wěn)固等難點(diǎn)，但粉煤灰存在看價(jià)錢低，具有較好的抗?jié)B透性、抗硫酸鹽侵蝕和良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益等特點(diǎn)，于是咱們開展了粉煤灰低密度水泥漿體系攻關(guān)研究。粉煤灰是燃煤火力發(fā)電廠煤粉燃燒熔融后排出的粉末狀晶體廢物，年排放粉煤灰量上億噸,連年來未被利用的粉煤灰量累計(jì)近6億噸。粉煤灰是具有火山灰特性的微細(xì)灰,要緊化學(xué)成份為SiCh和AI2O3,次要成份為CaO和Fe2O3和少量的MgO等,其粒徑范圍為~300pm,密度在~2.5g/cm3之間。由于粉煤灰的多孔結(jié)構(gòu)、球形粒徑的特性,在松散狀態(tài)下具有良好的滲透性,其滲透系數(shù)比粘性土的滲透系數(shù)大數(shù)百倍。早在20世紀(jì)40年代，美國開始用粉煤灰作油井水泥的減輕劑，至1965年在固井工程中 已有年用粉煤灰13萬T的記錄。其時(shí),水泥漿體采納絕對(duì)體積比,粉煤灰與水泥之比一樣為1:1,如改成質(zhì)量比,則為37:47。20世紀(jì)80年代末，大港油田將粉煤灰添加進(jìn)G級(jí)水泥中，使?jié){體密度降至~1.60g/cm3o目前,許多科硏單位對(duì)粉煤灰低密度水泥漿體系進(jìn)行了研究,而且進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用,對(duì)粉煤灰低密度水泥漿體系要緊針對(duì)低溫強(qiáng)度、水泥漿漿穩(wěn)固性和水泥漿密度進(jìn)行了研究?！?、激活劑的硏究目前經(jīng)常使用的粉煤灰激發(fā)劑有：堿性激發(fā)劑（NaOH、Na2SiO3等）、硫酸鹽（CazSOq、Na2SO4等）、純堿（NazCOJ、鹵化物（NaCI、CaCI2等），經(jīng)常使用的改性劑為生石灰。一樣加石灰主若是為了提高體系中的CaO/SiO2從而提高粉煤灰的活化效率。可是,堿性激發(fā)劑的強(qiáng)堿性可能會(huì)增加發(fā)生過度反映的危險(xiǎn)，氯化物會(huì)引發(fā)混凝土的鋼筋銹蝕。二、水泥漿密度的硏究粉煤灰的加量一樣最高達(dá)到水泥的100%,漿體密度降至~1.60g/cm3左右,在這種情形下即便粉煤灰加量增加，漿體密度也可不能有明顯的降低。關(guān)于密度低于1.50g/cm3的穩(wěn)固成熟的 粉煤灰低密度水泥漿體系相對(duì)難以調(diào)整。3、低密度水泥漿的沉降穩(wěn)固性研究由于粉煤灰加量、水灰比比較大，同時(shí)粉煤灰中有80%的實(shí)心珠,從而造成漿體顯現(xiàn)沉淀,目前為了解決漿體沉降問題一樣采納添加微硅、蛭石、海泡石等提粘和增加觸變性，但容易造成漿體增粘,流動(dòng)性能差能問題,致使現(xiàn)場不容易操縱密度。針對(duì)粉煤灰低密度水泥漿存在的一些問題，咱們公司進(jìn)行了攻關(guān)研究，開發(fā)了一套性能優(yōu)良的低密度水泥漿體系，該體系要緊從粉煤灰的優(yōu)選、早強(qiáng)劑、增粘劑的開發(fā)進(jìn)行了研究。1、粉煤灰的優(yōu)選研究不同粒度和密度的灰粒具有顯著的化學(xué)和礦物學(xué)方面的特點(diǎn)不同，小顆粒一樣比大顆粒更具玻璃性和化學(xué)活性。最后形成的粉煤灰（其中80%-90%為飛灰，10%~20%為爐底灰）是外觀相似，顆粒較細(xì)而不均勻的復(fù)雜多變的多相物質(zhì)。飛灰是進(jìn)入煙道氣塵埃中最細(xì)的部份，爐底灰是分離出來的比較粗的顆粒,或是爐渣。這些東西有足夠的重量,將會(huì)阻礙粉煤灰的活性、強(qiáng)度和水泥漿的密度。由于煤的灰量轉(zhuǎn)變范圍很廣而且這一轉(zhuǎn)變不僅發(fā)生在來自世界各地或同一地域不同煤層的煤中，乃至也發(fā)生在同一煤礦不同的部份的煤中。因此,組成粉煤灰的具體化學(xué)成份含量，也就因煤的產(chǎn)地、煤的燃燒方式和程度等不同而有所不同。粉煤灰的活性要緊來自活性SiO2（玻璃體SiO2）和活性A12O3（玻璃體AI2O3）在必然堿性條件下的水化作用。因此,粉煤灰中活性SiO2、活性A12O3和仁CaO（游離氧化鈣）都是活性的的有利成份,硫在粉煤灰中一部份以可溶性石膏(CaSO4)的形式存在,它對(duì)粉煤灰初期強(qiáng)度的發(fā)揮有必然作用,因此粉煤灰中的硫?qū)Ψ勖夯一钚砸彩怯欣M成。粉煤灰中少量的MgO、Na2O.K20等生成較多玻璃體,在水化反映中會(huì)增進(jìn)堿硅反映。但MgO含量太高時(shí)”對(duì)安寧性帶來不利阻礙。粉煤灰中的未燃炭粒疏松多孔，是一種惰性物質(zhì)不僅對(duì)粉煤灰的活性有害，而且對(duì)粉煤灰的壓實(shí)也不利。過量的Fe2O3對(duì)粉煤灰的活性也不利。依如實(shí)驗(yàn)分析:粉煤灰中的鈣含量在3%左右,它對(duì)膠凝體的形成是有利的。國外把CaO含 量超過10%的粉煤灰稱為C類灰,而低與10%的粉煤灰稱為F類灰。C類灰其本身具有必然的水硬性,可作水泥混合材。于是咱們依照粉煤灰自身存在的不足，對(duì)粉煤灰的質(zhì)量迸行了挑選和操縱。同時(shí)，對(duì)粉煤灰的顆粒細(xì)度進(jìn)行了優(yōu)選,依如實(shí)驗(yàn)證明，在必然密度下最劣粉煤灰的需水量比高達(dá)120%以上,特優(yōu)粉煤灰則可能在90%以下。通過優(yōu)選咱們選擇了細(xì)度適中、活性含量高的粉煤灰，能夠通過增加水灰比降低必然的水泥漿密度。2、早強(qiáng)劑的開發(fā)研究粉煤灰中含有活性組分SiCh、A12O3,常采納在堿或硫酸鹽激活下使粉煤灰玻璃體結(jié)構(gòu)較快解體，活性組分SiCh、AI2O3在石灰-CaSO4-Na2SO復(fù)合體系作用下加速粉煤灰反映，激活粉煤 灰活性,提高粉煤灰水泥石抗壓強(qiáng)度，但與其它類型的低密度水泥體系相較仍顯得強(qiáng)度較低。依照粉煤灰化學(xué)反映理論，粉煤灰中玻璃體的水化包括誘導(dǎo)期和水化反映期兩個(gè)時(shí)期。進(jìn)一步結(jié)合對(duì)粉煤灰水泥體系的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，以為在誘導(dǎo)期中增大玻璃體對(duì)堿性離子的物理收附較快、較多地破壞玻璃體表面的Si-0-SiSi-0-AI網(wǎng)絡(luò)組成的雙愛惜層,使內(nèi)部可溶性SiO2、AI2O3的活性釋放,應(yīng)是提高粉煤灰水泥漿體系抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。依照這一思路,通過大量的實(shí)驗(yàn),優(yōu)選出一種極性很強(qiáng)呈弱堿性的低分子量有機(jī)物鈉鹽,并結(jié)合無機(jī)早強(qiáng)劑開發(fā)取得早強(qiáng)激活劑TFA-1&通過加入該早強(qiáng)激活劑TFA-18,漿體水化反映使初期釋放更多的Ca2+和OH-,引發(fā)了粉煤灰反映,從而增進(jìn)了粉煤灰水泥初期強(qiáng)度的進(jìn)展。3、增粘劑的開發(fā)研究粉煤灰作為減輕劑其水泥漿密度大小要緊取決于水灰比大小廝能保證在高水灰比下體系具有良好的穩(wěn)固性，又能使其強(qiáng)度降低最小，是增粘劑選擇的關(guān)鍵。通過對(duì)大量具有比表面大又有必然活性成份的物質(zhì)如海泡石、蛭石、微硅、CMC、硅藻土等多種材料進(jìn)行評(píng)判,開發(fā)出了性能穩(wěn)固的增粘劑TSP-77L.增粘劑TSP-77L以高比表面纖維狀物質(zhì)為主,它加入到水泥體系中,將發(fā)揮纖維在界面上的交聯(lián)作用，保證水泥漿具有良好的沉降穩(wěn)固性。同時(shí)具有強(qiáng)化作用,提高水泥石的抗壓強(qiáng)度和使水泥漿具有必然的觸變性。增粘劑TSP-77L的加入使水泥漿的析水率有明顯減少，保證粉煤灰體系在高水灰比下的穩(wěn)固性。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,水泥漿具有許多更優(yōu)良的性能，同時(shí)還有耐高遍、抗鹽的性能。通過對(duì)粉煤灰的優(yōu)選、早強(qiáng)劑、増粘劑的開發(fā)，配合降失水劑、緩凝劑、分散劑,開發(fā)了粉煤灰低密度水泥漿體系。水泥漿體系外加劑組成為：降失水劑:TF-63早強(qiáng)劑：TFA-18增粘劑:TSP-77L緩凝劑:TR-15L（高溫）、TR-12L分散劑：TD-31L粉煤灰低密度水泥漿綜合性能:一、密度水泥漿密度通過添加増粘劑，最低達(dá)到1.35g/cm\二、適用環(huán)境適合于低溫和高溫，通過改