【精品论文】石膏对G级高抗硫酸盐型油井水泥性能的影响.pdf

2010.no.2 为了保证此特性水泥的顺利供应和蒸养预制管 片的工业连续性生产，公司技术中心按设计要求严格 控制熟料的矿物成分，对进厂熟料分堆存放，做好标 识，不定期对出磨水泥进行颗粒级配检验，随时指导 水泥磨机级配调整， 加大过程工序质量检测频次，并 将设计方案关键参数纳入公司考核制度。 5结论 随着我国基础建设步伐的加快，大型地铁、引水 工程桥涵、隧道的建设需要大量蒸养混凝土，对水泥 质量要求很高，我们此次解决国内蒸养混凝土施工方 面的技术难题是一个全新课题，为解决类似问题和起 草蒸养混凝土方面的标准积累了宝贵的实践经验和 原始数据。 （编辑胡如进） ! 名称结晶水附着水al2o3sio2fe2o3caomgoso3碱含量分类与等级 天然二水石膏16.130.240.662.120.2433.671.1340.240.1594.58g二级 天然混合石膏5.090.221.458.650.6633.942.3240.000.4992.82m三级 天然硬石膏1.030.220.926.050.5236.672.9443.800.3692.51a一级 氟石膏15.560.220.420.420.1837.280.5541.460.2696.35g二级 脱硫石膏17.610.180.232.020.1833.630.4344.010.1398.42g二级 磷石膏17.560.290.768.440.3629.570.2441.850.2298.53g二级 化学成分/%率值矿物含量/% losssio2al2o3fe2o3caomgoso3fcaokhkh-npc3sc3a 0.5421.663.595.0064.363.840.170.460.9430.9332.520.7263.691.06 0引言 我公司生产的g级高抗硫酸盐型油井水泥 （以 下简称油井水泥）已有几十年的历史，一直受到用户 好评。近年来，由于石油开采量的逐年减少，油田开采 领域不断拓宽。 为了满足复杂多变地层要求，需要加 入不同性质的外加剂，来改善水泥浆的适应性。 由此 对油井水泥要求也更加严格，不但要满足相关标准要 求，而且与不同种类的外加剂相容性要好。 在长期生产中，发现石膏种类对油井水泥与外加 剂相容性的影响最大。现把6种不同种类石膏对油井 水泥性能的影响进行总结。 1小磨试验 1.1原材料 熟料是我公司常年生产的油井水泥熟料，其成分 见表1。 石膏分别为天然和工业副产石膏，其化学成 分见表2。 石膏对 g 级高抗硫酸盐型油井水泥性能的影响 李冠军 （抚顺水泥股份有限公司，辽宁 抚顺113015） 中图分类号：tq172.75；tq172.462文献标识码：b文章编号：10029877（2010）02-0024-03 表1熟料化学成分和率值 表2石膏化学成分% 1.2试验方案 用相同的油井水泥熟料， 分别加入以上6种石 膏，在500mm500mm的试验磨中磨至相同的比表 面积，用所得样品开展试验：1）按gb10238-2005油 24- 2010.no.2 井水泥做全套水泥物化检验；2）分别进行外加剂匹 配试验。 为了保证试验结果的正确性，防止异常数据对结 果的影响，每组样品试验多次，数据进行分析取舍后 取平均值。 1.3试验数据 1.3.1物化性能 掺不同石膏的油井水泥物化性能（5组试验平均 值）见表3。 1.3.2与外加剂相容性 为了保证滤失率达到固井作业要求，改善滤饼致 密程度，控制水泥浆向地层漏失，我们按用户要求在 水泥中加入占水泥质量1.4%的降失水剂， 分别评价 这6种石膏生产的水泥与降失水剂的相容情况。 另外，为了缩短稠化时间，加速水泥凝结硬化，油 田固井施工需加入2.5%的cacl2促凝剂。于是又开展 了促凝剂试验， 以此评价水泥与促凝剂相适应情况。 两种外加剂试验数据（2组试验平均值）见表4。 表4水泥与外加剂的相容性试验数据 1.4试验结果分析 从表3、表4数据可以看出： 1.4.1天然二水石膏对水泥性能的影响 1）水泥的稠化时间合适，5组平均为96min，最短 的为93min，最长的为102min。 2） 水泥的强度较好，38 8h和60 8h强度分 别为4.0mpa和13.8mpa。 3）水泥与降失水剂和促凝剂相容性好，均能达到 用户要求。 1.4.2混合石膏对水泥性能的影响 1）水泥稠化时间偏长，平均为122min；游离液偏 大，平均为4.67%。 2）强度比掺天然二水石膏低。 3）与外加剂相容性比掺天然二水石膏差，有些指 标达不到用户要求。 4） 因混合石膏杂质较多， 带入水泥中的不溶物 大，为0.82%，超出标准要求。 1.4.3硬石膏对水泥性能的影响 1）因硬石膏溶解速度很慢，缓凝效果比二水石膏 差。硬石膏生产的水泥初始稠度大，平均为26.0bc，稠 化时间短，平均为88min，强度比掺天然二水石膏低， 38 8h和60 8h强度分别为2.9mpa和12.6mpa。 2）和降失水剂相容性不好，加入降失水剂后失水 较大。 3）同cacl2促凝剂相容性不好，加入cacl2促凝 剂后水泥浆迅速凝结，达不到固井施工性能要求。 硬石膏影响水泥的稠化时间以及与外加剂的相 容性，所以在选择上要谨慎。 1.4.4氟石膏对水泥性能的影响 氟石膏结晶水接近16.0%， 纯度在40%43%之 间。公司为了降低成本，曾经用该石膏生产过，各项指 项目 降失水剂试验cacl2促凝剂 52 35.6mpa 初始稠度 /bc 失水 ml/30min （7mpa） 52 35.6mpa 初始稠度 /bc 52 35.6mpa 稠化时间 /min 用户要求302503060120 天然二水石膏2210521.079 天然混合石膏24.625635.049 天然硬石膏25.826847.010 氟石膏32.013425.896 脱硫石膏漏失134 磷石膏漏失147 名称 so3 /% mgo /% 烧失量 /% 不溶物 /% 碱含量 /% c3s/ % c3a /% 比表面积 /（m2/kg) 初始稠度 /bc 稠化时间 /min 游离液 /% 8h抗压强度/mpa 3860 标准要求3.06.03.00.750.7548653.030901205.92.110.3 天然二水石膏2.204.201.000.230.5062.931.9635117.4963.104.013.8 天然混合石膏2.223.160.630.820.5863.222.2135213.21224.673.012.7 天然硬石膏2.283.181.000.320.5960.782.4435026.0882.132.912.6 氟石膏2.243.401.000.130.5563.722.6035025.61092.892.614.0 脱硫石膏2.203.341.450.240.5663.122.1434823.41151.202.010.0 磷石膏2.153.751.150.300.4962.722.2135022.51221.331.59.2 表3掺不同石膏的油井水泥物化性能 李冠军:石膏对g级高抗硫酸盐型油井水泥性能的影响 25- 2010.no.2 名称 so3 /% mgo /% 烧失量 /% 不溶 物 /% 碱含量 /% c3s /% c3a /% 比表 面积 /（m2/kg) 初始 稠度 /bc 稠化 时间 /min 游离 液 /% 抗压强度/mpa 38 标准或用户要求3.0 6.0 3.0 0.75 0.75 4865 3.030 90120 5.9 2.1 天然二水石膏2.00 4.401.320.250.5662.032.0334016.0952.103.2 天然混合石膏1.98 4.001.220.620.5862.222.2334215.21164.522.8 天然硬石膏1.92 3.881.050.420.5361.322.0034528.0862.102.6 氟石膏2.15 3.791.000.170.5662.861.9634624.61053.002.7 60 10.3 13.6 12.6 12.6 12.8 降失水剂试验cacl2促凝剂试验 52 35.6mpa 初始稠 度/bc 失水 ml/30min （7mpa） 52 35.6mpa 初始稠 度/bc 52 35.6mpa 稠化时 间/min 302503060120 18.09820.682 28.525635.049 30.327850.020 33.613425.688 标满足gb102382005要求。 本次对比试验其主要 特点有： 1）水泥初始稠度（25.6bc）和稠化时间（109min） 比二水石膏大，38 8h强度比掺二水石膏偏低，平均 为2.6mpa，60 8h强度和掺二水石膏相近， 平均 为14.0mpa。 2） 加cacl2的水泥初始稠度和稠化时间均符合 要求，分别为25.8bc和96min。 3）水泥同降失水剂的相容性不理想，加降失水剂 后水泥初始稠度平均为32.0bc，超出规定要求。 1.4.5脱硫石膏对水泥性能的影响 1）同天然二水石膏相比，稠化时间延长19min。 2）水泥38 8h和60 8h强度分别比掺天然二 水石膏降低2.0mpa和3.8mpa。 没有达到标准要求。 3）与外加剂相容性不理想。 脱硫石膏严重影响油井水泥的强度，而且强度下 降的幅度较大，所以要慎重选择。 1.4.6磷石膏对水泥性能的影响 1）磷石膏缓凝作用明显，稠化时间比掺天然二水 石膏延长26min，平均为122min，超出标准要求。 2）磷石膏严重影响油井水泥的强度。38 8h强 度比掺天然二水石膏下降62.5%，60 8h强度比掺 天然二水石膏下降33.3%。 3）磷石膏生产的油井水泥同外加剂相容性不好， 各项指标达不到要求。 磷石膏作缓凝剂对油井水泥的稠化时间和强度 以及与外加剂相容性影响较大，不宜用于油井水泥生 产上。 2生产试验和实际应用 小磨试验证明天然二水石膏作缓凝剂生产的油 井水泥各项性能能达到标准要求，而且水泥同外加剂 相容性好于混合石膏和硬石膏。而工业副产石膏由于 存在危害水泥性能的元素， 所以影响水泥的性能，特 别是与外加剂的相容性。 为验证小磨试验和生产线大磨之间存在的差距， 在大磨上分别采用天然二水石膏、混合石膏、硬石膏 和氟石膏，各生产油井水泥1000t。 在生产过程中，各 石膏生产的水泥随机取样3组， 分别按gb10238 2005进行检验，并开展用户现场验证试验。3组试验 数据平均值见表5。 从表5中看到，天然二水石膏生 产的油井水泥性能稳定，满足标准要求，与外加剂相 容最佳。而硬石膏和混合石膏与促凝剂及降失水剂相 容均不好，达不到控制指标要求，而氟石膏生产的水