论文总字数：18119字

摘 要

为降低油井水泥在固井过程中的使用量，降低作业成本，本实验采用低成本超细复合储能材料（由不同反应活性、不同细度的功能材料通过适当级配优选后形成的特种材料）部分替代油井水泥作为基体材料，复配特殊的固体废弃物粉体作为悬浮稳定材料、调凝材料及少量矿物激发材料，制备出密度在（1.5 ±0.5）g/cm³范围可调的低成本低密度固废基固井材料体系。该体系综合工程性能达到相同密度的漂珠低密度水泥浆体系技术指标，但材料成本低于漂珠低密度水泥浆体系，使其能广泛应用于油气田固井作业。

关键词：固井；低成本；低密度；固体废弃物粉体

Research on low-cost low-density solid waste-based cementing material system

Abstract

In order to reduce the amount of oil well cement used in cementing and reduce operating costs, this experiment uses low-cost ultra-fine composite energy storage materials (special materials formed by functional materials with different reactivity and different fineness through appropriate grading and optimization ) Partially replace oil well cement as matrix material, compound special solid waste powder as suspension stabilization material, coagulation material and a small amount of mineral excitation material to prepare low cost with adjustable density in the range of (1.5 ± 0.5) g / cm³ Low-density solid waste-based cementing material system. The comprehensive engineering performance of the system reaches the technical index of the low-density floating slurry slurry system with the same density, but the material cost is lower than the low-density floating slurry slurry system, so that it can be widely used in oil and gas field cementing operations.

Key Words: Cementing; Low density; Low cost；Solid waste powder

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外低密度水泥浆体系研究现状 2

1.2.1泡沫水泥浆体系 3

1.2.2粉煤灰低密度水泥浆体系 4

1.2.3膨润土低密度水泥浆体系 4

1.2.4矿渣低密度水泥浆体系 5

1.2.5漂珠低密度水泥浆体系 5

1.2.6膨胀珍珠岩低密度水泥浆体系 6

1.2.7玻璃微珠低密度水泥浆体系 6

1.2.8生物灰在低密度水泥浆体系中的应用 8

1.2.9低密度水泥浆性能比较 8

1.3题研究的意义和主要内容 10

第二章 实验部分 11

2.1实验原料 11

2.1.1超细复合储能材料 12

2.2实验仪器。 13

2.3实验方案 13

2.4实验过程 14

2.4.1水泥浆的制备 14

2.4.2水泥浆密度的测试 14

2.4.3水泥浆流动度测试 14

2.4.4水泥浆析水率测试 14

2.4.5水泥石的成型 14

2.4.6水泥石抗压强度测试 14

第三章 实验数据与分析 15

3.1漂珠低密度水泥浆基本性能 15

3.2低成本低密度固废基固井材料基本性能 15

3.3力学性能分析 16

3.4水化机理分析 16

第四章 结论与展望 19

4.1结论 19

4.2展望 19

参考文献 20

致谢 23

第一章 绪论

1.1研究背景

石油是一种不可再生能源，在目前人类社会生活中发挥着极其重要的作用，国内外各大油田都在石油的勘探与开采上投入了巨大精力^[1]。固井施工是油气资源在钻井开采过程中的关键环节之一，在油气井井壁加固和油气井封层中起着重要作用，固井成功与否是后续钻井过程的基础。近年来，在石油和天然气行业的固井作业中，漏失循环是普遍存在的问题，这会造成地层污染以及油气资源的浪费^[2]。在固井过程中遇到的漏失循环问题主要是低压易漏地层及裂缝梯度弱的区域的存在。井漏会导致钻机作业时间延长，与之而来的补液，漏井处理，固井加固以及在最坏情况下弃井会导致作业成本增加。

为解决上述固井操作中的难题，在固井施工作业中常采用分级注水泥操作或使用低密度水泥浆固井^[3]。然而分级注水泥因作业程序复杂，钻机作业时间、水泥浆候凝时间过长，导致固井施工成本较高，不利于在油田上广泛使用^[4]。常规固井水泥浆体系因其密度较大（1.90g/cm³左右），导致在固井过程中水泥浆静液柱压力大，凝固后的水泥石柱对低压易漏地层及裂缝梯度弱的区域段造成伤害，在后续施工过程中留下安全隐患。目前，国内外采用降低水泥浆密度方法有两种：① 增大原水泥浆中的水灰比使其密度降低，通常需要加入一些吸水材料或者外加剂，常见的有粉煤灰，膨润土，偏高岭土等。②加入低密度减轻材料以降低水泥浆体系的密度，常见的有漂珠（一种能浮于水面的粉煤灰空心球，呈灰白色，壁薄中空，重量很轻），空心玻璃微珠，③泡沫水泥浆，在常规水泥浆体系中引入化学发泡剂，如氮气等^[5]。

使用常规和非常规低密度水泥浆来解决由于低压易漏失地层裂缝梯度低而造成的井筒损失一直以来是油气田固井作业中的热点研究领域，在过去的四十年中，对该领域的研究取得了重大发展。低密度水泥浆体系一般可分为大水灰比水泥浆、加入减轻材料形成的水泥浆以及泡沫水泥浆^[6]。大水灰比水泥浆通过增加水灰比来降低泥浆密度，并且通常加入吸水性较强的材料来改善浆体的悬浮稳定性从而降低自由水析出量^[7]。加入减轻材料形成的水泥浆中含有大量密度低于水泥干灰密度的固体粉体颗粒，其设计思路是用轻质材料粉体部分置换水泥干灰来降低水泥浆的密度^[8]。泡沫水泥浆是含气体的水泥浆体系，通常注入氮气以产生轻质的气液分散体，凝固后的水泥石具有超低的密度和良好的力学性能。

在水泥的生产工艺中会消耗大量的不可再生矿物资源，并且产生大量温室气体，给环境带来严峻的挑战。近年来水泥价格上涨迅速，而油井水泥作为最常见的胶凝材料广泛使用于油气田的固井作业中，导致油田固井成本逐年增加。因此寻找可以取代或者部分取代油井水泥的胶凝材料或矿物掺合料，降低油井水泥在固井作业中的使用量，改善低密度水泥浆体性能，提高固井作业的质量及经济效益成为最近十几年来低密度水泥浆体系的热点研究领域^[9]。

1.2国内外低密度水泥浆体系研究现状

近年来在油气田勘探与开发一直深入的同时，各种复杂的问题接连出现，低压低渗透油气藏在勘探开采过程中的数量越来越多，低压易漏井和深井长封固段井的固井难点也逐渐显现，对固井材料提出了更高的要求，用于石油和天然气行业固井的低密度水泥浆常面临着许多挑战^[10]。

请支付后下载全文，论文总字数：18119字