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2020-09-15 09:32 作者:1980彩平台 点击:

  油井水泥_能源/化工_工程科技_专业资料。第四节 油井水泥 一、概述 1、油井水泥是石油、天然气勘探和开采 时,油气井固井处理的专用水泥品种。 2、固井作业的具体过程是当钻井深度达到设计要 求后,将钢质套管下人并内,然后注人水泥浆, 依靠

  第四节 油井水泥 一、概述 1、油井水泥是石油、天然气勘探和开采 时,油气井固井处理的专用水泥品种。 2、固井作业的具体过程是当钻井深度达到设计要 求后,将钢质套管下人并内,然后注人水泥浆, 依靠水泥浆压力把井内泥浆从套管与井壁间隙 中强制排除,替代的水泥浆体随后使套管与井 壁紧密固结为一体,将地层内不同的油、气、 水层封隔起来,形成通畅的袖流通道。 1-通水泥泵 2-水泥浆 3-泥浆 4-木塞 5-井壁 油井水泥固井示意图 2、油井水泥必须具备以下主要技术性能: 1)流动性好,水泥浆具有较低的稠度,较高 的沉降稳定性和较低的游离水含量,有利于 作业中的泵送。 2)凝结时间适宜,对不同井温、井压条件, 水泥浆体有较长的稠化时间,保证固井结束 后能快速凝结,且初凝和终凝时间间隔短。 3)浆体密度范围适宜,以保证各种岩层构造的固 井施工需要。 4)浆体强度发挥较快,固井施工结束后浆体迅速 硬化,并保证长期稳定。 5)硬化浆体密实性好,不透气、不透水,且对各 类侵蚀介质具有良好的抗蚀能力。 油井越深,井底温度和压力越高,对油井水泥 的性能影响越大,尤其是温度的影响更为突出。 3、我国GB10238-1998将普通油井水泥分为9个级 别、三个类型。 (1)A、B、C、D、E、F级油井水泥是由水硬性 硅酸钙为主要成分的水泥熟料,加入适量的石膏 和助磨剂,磨细制成的产品。在粉磨混合D、E、 F级水泥的过程中,允许掺加适量的促凝剂。 (2)G、H级油井水泥是有水硬性硅酸钙为主要成分 的水泥熟料,加入适量的石膏和水,磨细制成的产 品,在混磨与混合过程中,不允许掺加任何其他外 加剂。 (3)J级油井水泥由水硬性硅酸钙为主要成分的水泥 熟料,加入适量的硅质材料和石膏,磨细制成的产 品。 4、我国油井水泥分为A、B、C、D、E、F、G、H、 J九个级别,包括普通型、中等抗硫酸盐型和高抗硫 酸盐型三类。使用范围如下: (1)A级油井水泥 无特殊性能要求时,适应于自地面至1830m井深 的注水泥。仅有普通型。 (2)B级油井水泥 适用于自地面至1830m井深的注水泥。分为中抗 硫酸型和高抗硫酸盐型两种。 (3)C级油井水泥 要求具有高早强度时,适应于自地面至1830m井 深的注水泥。分为普通型、中抗硫酸盐型和高抗 硫酸盐型三种。 (4)D、E、F级油井水泥 G、H级油井水泥是一种基本水泥。适用与自地面 至2440m井深的注水泥,分为中抗硫酸盐型和高抗 硫酸盐型。与促凝剂或缓凝剂一起使用能适应于较 大的井深和温度范围。 (5)J级油井水泥 J级油井水泥适用于超高温高压条件下的 3660~4880m井深的注水泥。与促凝剂或缓凝 剂一起使用,能适应与较大的井深和温度范 围。 二、API A级油井水泥 A级油井水泥属于硅酸盐水泥系列,只有普通 型一种(相当于ASTM C1501型),适合于无特殊 性能要求的、自地面至1800m井深的固井作业。 1.其主要性能见表(课本) 2.其生产工艺 (1)原料质量要求 石灰石:CaO≧52% 粘土:Al2O3,13-14% 铁粉:Fe2O3≧55% 二水石膏:SO3≧40% 燃煤:灰分≦20% 热值≧25080kJ/kg 生料组成按计算熟料矿物组成为:C3S 53%-60%; C2S 20%-13%;C4AF 14%-12%;f-CaO≦1.0%配料较 好;生料细度≦10%;CaCO3滴定值±0.5%; Fe2O3 滴定值±0.2%。 (2)熟料的煅烧 严格稳定窑的热工制度,适当提高烧成温度;在稳 定料量前提下,采用“薄料快转长焰顺烧”的操作 方法,使得熟料结粒均齐。 (3)水泥的制成与装运 水泥细度按比表面积控制为350-370m2/kg,0.8mm 方孔筛筛余4%-6%,水泥中SO3控制为2.2%-2.5%。 水泥的包装和储运应注意避免混入杂物和受潮。 3.A级油井水泥的应用 其泵送性好、凝结硬化快及早期强度高,对于高 压井效果特别好,有利防止油气上窜,提高固井 质量。 三、API B级油井水泥 B级油井水泥与A级水泥相比,适用油井深 度相同,但B级油井水泥具有抗硫酸盐性能。 B级油井水泥分为中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐 型两种。 四、API C级油井水泥 C级油井水泥适用的井深范围为地面至1830m 深度,分为普通型、中抗硫酸盐型和高抗硫 酸盐型三种类型,其最突出的特点就是要求 水泥具有早强性能。为了满足早强和抗硫酸 盐的要求,一般是采用烧制特定组成的熟料 和高细磨来生产C级油井水泥。 五、API D、E、F级油井水泥 ? D、E、F三个级别的油井水泥为适用于中深井和 探井条件下的水泥品种,其中D级水泥为中温中压 条件下1830-30 50m井深的注水泥;E级水泥为高 温高压条件下3050-4270m井深的注水泥;F级水泥 为超高温高压条件下3050-4880m井深的注水泥。 三种级别的油井水泥各自又分为中抗硫酸盐型和 高抗硫酸盐型油井水泥。 ? 根据API规范规定,APIG级和H级油井水泥为常 用的基本油井水泥品种,D、E、F级油井水泥可以 通过在G级或H级水泥基础上掺人适当的缓凝利配 制而成。 ? 中国建材研究院采用自制的CR-2和CR-5型缓凝 剂,分别与G级、H级油井水泥调配,成功地配制 了性能优良的D、E、F级油井水泥。这种方法工艺 简单,可在工厂配制,也可直接在井场灵活调配 使用、大大提高了工作效率,降低了生产成本。 六、API G级和H级油井水泥 基本油井水泥有两层含义,其一是这种水泥 在生产时除允许掺加适量石膏外,不得掺人 其他任何外加剂,其二是这种基本油井水泥 使用时能与多种外加剂配合,能适应较大的 井深和温度变化范围。G级和H级油井水泥均 分为中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型两类,G级、 H级油井水泥单独使用时的并深范围是自地面 至2440m的井深度, 七、APIJ级油井水泥 ? J级油井水泥具有耐高温特性,适用于超高温高压 条件下3660-4880m井探的固井施工。应用J级油井 水泥的关键是保证水泥浆体在承受深部地层高温、 高压条件下,仍具有较高的强度。 ? 配制J级水泥时,国外一般采用高C3S含量的硅酸盐 油井水泥中掺加适量硅质材料和缓凝剂的方法;我 国则采用贝利特水泥中掺加适量硅质材料的方法, 不加缓凝刑。 八、特种油井水泥 特种油井水泥是为了满足一些有特殊技术 要求的固井施工而研制生产的具有特定组 成和性能的油井水泥。这类水泥往往没有 正规统一的技术标准,主要以满足实际工 程需要为标准。 1.超深井水泥 2.低密度油井水泥 3.膨胀油井水泥 第五节 防辐射水泥 ? 在原子核裂变时所产生的放射线α、β射线, 其蔽护比较简单,在很多场合下用铅板即可。 但原子反应堆所产生的大量的种子流和γ射 线,因具有强的穿透能力,它的蔽护复杂。 ? 根据辐射和物质作用的原理,减弱和俘获中 子依靠材料中的轻元素,如氢和硼等;相反, 吸收γ射线和x射线则应尽量提高物质的重元 素含量,如钡和锶等。 一、钡水泥和锶水泥 ? 钡水泥和锶水泥的密度较大,具有对γ射线和X射 线的良好防护性能。我国自60年代起开展钡水泥的 开发研制,并用于实际工程,取得了良好效果。 ? 钡水泥可以配制成均匀性和密实性较好的重混凝土, 用于各种放射性设施的防护层,例如防护墙、活动 屏蔽层、原子反应堆外壳的低温部分等,特别是对 一些防护层厚度有一定限制的工程。要达到同样的 防护效果,钡水泥较普通硅酸盐水泥具有明显的优 越性。 二、含硼水泥 ? 硼元素具有很强的吸收慢化中子的特性,因而 在制造中子屏蔽材料时,硼是优先考虑的组分。 一般可将硼矿石作为混凝土集料或水泥混合材, 或者直接将含硼原料加人生料中,烧制含硼熟料。 ? 国内制造含硼水泥的方法是采用铝酸盐水泥为 基材,掺加适量锻烧硼镁石和天然硬石膏共同混 合粉磨而成、工艺方法简单,水泥性能良好。 ? 含硼水泥混凝土具有较高的硼含量和化学结 晶水,对快中子的慢化及热中子的吸收明显 优于普通混凝土和普通重混凝土。除此以外, 通过采用重骨料和含硼骨科来配制含硼重混 凝土,不仅能够进一步改善含硼混凝土对中 子的防护性能,而且可以便混凝土具有防γ 射线的能力,即具备防混合辐射的能力。 三、高放核废液固化材料 ? 固化方式:水泥固化、玻璃固化、陶瓷固化、岩石 固化等 ? 从工艺方法简单和经济的角度来考虑,水泥固化最 有优越性,已广泛用于中、低放废液的固化处理。 但对于高放废液则由于按常规工艺制得的传统水泥 固化体为多孔结构,核素浸出率太高而受到极大的 限制。配制一种具有高强度、低水化热、结构致密、 水化产物稳定且溶解度低、耐久性好的水泥固化材 料具有重大的现实意义。 ? 我国研究者以碱矿渣水泥为基材,掺入适当 的辅助材料并设计出待殊的成型方法,所制 得的高放废液固化体基本上符合上述性能要 求,能较好地解决高放废液的水泥固化问题。 ? 碱矿渣水泥的固化机理 根据研究结果,碱矿渣水泥对核素离子具 有较理想的固化作用,其固化机理可从以下 三方面进行解释。 (1)碱矿渣水泥浆体结构十分致密,总孔隙率低,孔 径小,有害孔少,保证了固化体对核素离子的机械 密封作用。 (2)由特定组分配制的碱矿渣水泥对核素离子(如Cs) 有优先选择吸附作用,这是因为体系中的沸石和硅 灰对Cs有很强的吸附能力所致。 (3)核素离子与水化产物形成稳定的固溶体。研究表 明,在含Cs条件下,碱矿渣水泥固化体的主要水化 产物为含Cs的水化硅酸钙和水化铝硅酸钙。 谢 谢!

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