配漿轉(zhuǎn)速對水泥漿性能的影響

李望軍 王軍朝 王嘉昕

摘 ? ? ?要：為了研究恒速攪拌器不同配漿轉(zhuǎn)速對水泥漿密度、流變、失水、自由液、強(qiáng)度、稠化等性能的影響，室內(nèi)分別模擬了2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4個不同轉(zhuǎn)速下的配漿速度，對水泥漿的各項常規(guī)性能進(jìn)行了對比分析。室內(nèi)研究結(jié)果表明：不同轉(zhuǎn)速下配制的水泥漿密度、自由液、失水3項性能幾乎無影響，但是流變、抗壓強(qiáng)度、稠化時間有較大影響。因此，室內(nèi)試驗(yàn)時，要注意配漿轉(zhuǎn)速的選擇。

關(guān) ?鍵 ?詞：配漿;轉(zhuǎn)速;抗壓強(qiáng)度;稠化時間

中圖分類號：TQ 016.1 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? 文章編號：1671-0460（2020）08-1639-04

Abstract： In order to study the effect of different rotating speeds of constant speed agitator on the properties of cement slurry such as density， flow， water loss， free liquid， strength and thickening， and the conventional properties of cement slurry prepared at four different rotating speeds were compared and analyzed， including 2 000， 4 000， 8 000 and ? ?12 000 r·min-1. The results of laboratory study showed that the rotating speed had little effect on the density， free liquid and water loss properties of cement slurry， but the rheology， compressive strength and thickening time were great affected by the rotating speed. Therefore， the selection of rotating speed should be paid attention to in slurry preparing.

Key words： Slurry preparing; Rotating speed; Compressive strength; Thickening time

水泥漿的密度、流變、失水、自由液、強(qiáng)度、稠化等性能是影響現(xiàn)場固井質(zhì)量的關(guān)鍵因素[1-4]，隨著海上石油開采逐步挺進(jìn)深海，客觀形勢對水泥漿的性能提出了更高的要求。深井要求水泥漿具有更好的各項常規(guī)性能數(shù)據(jù)[5-8]，由于海上現(xiàn)場不具備測試水泥漿各項常規(guī)性能的綜合能力，因此，室內(nèi)模擬測試顯得極為重要。而配漿轉(zhuǎn)速是影響水泥漿各項常規(guī)性能的關(guān)鍵因素之一，為了研究恒速攪拌器不同配漿轉(zhuǎn)速對水泥漿密度、流變、失水、自由液、抗壓強(qiáng)度、稠化時間等性能的影響[9-10]，本文分別模擬了2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4個不同轉(zhuǎn)速下的配漿速度，對水泥漿的各項常規(guī)性能進(jìn)行了對比分析。室內(nèi)研究結(jié)果表明：不同轉(zhuǎn)速下配制的水泥漿密度、自由液、失水3項性能幾乎無影響，但是流變、強(qiáng)度、稠化有較大影響。因此，室內(nèi)試驗(yàn)時，務(wù)必要注意配漿轉(zhuǎn)速的選擇。

1 ?實(shí)驗(yàn)部分

1.1 ?主要設(shè)備和材料

主要設(shè)備：增壓稠化儀，高溫高壓靜失水儀，旋轉(zhuǎn)黏度計，恒速攪拌器，常壓養(yǎng)護(hù)箱，電子天平，鉆井液密度計，加壓密度計。

材料：嘉華水泥，消泡劑，分散劑，降失水劑，防氣竄劑，緩凝劑，鉆井水，漂珠，增強(qiáng)劑等。

1.2 ?水泥漿體系配制

本文以聚合物水泥漿體系和漂珠低密度水泥漿體系為研究對象，聚合物水泥漿體系以AMPS類降失水劑為主劑，輔以相配伍的分散劑、防氣竄劑以及其他外加劑配制而成;漂珠低密度水泥漿體系以漂珠為減輕材料，輔以相配伍的分散劑、降失水劑、增強(qiáng)劑以及其他外加劑配制而成。聚合物水泥漿體系密度1.90 g·cm-3，漂珠低密度水泥漿體系密度 1.50 g·cm-3，采用嘉華G級油井水泥，聚合物水泥漿體系試驗(yàn)條件：井底循環(huán)溫度（BHCT）為72 ℃，井底靜止壓力（BHP）為32 MPa;漂珠低密度水泥漿體系試驗(yàn)條件：井底循環(huán)溫度（BHCT）為92 ℃，井底靜止壓力（BHP）為34 MPa。

聚合物水泥漿體系配方見表1。

漂珠水泥漿體系配方見表2。

1.3 ?密度評價

根據(jù)GB 19139—2012相關(guān)章節(jié)要求來進(jìn)行水泥漿密度的測量，以此來研究不同配漿轉(zhuǎn)速下對水泥漿密度性能的影響。

1.4 ?下灰時間評價

根據(jù)GB 19139—2012相關(guān)章節(jié)要求來進(jìn)行水泥漿下灰時間的測量，以此來研究不同配漿轉(zhuǎn)速下對水泥漿下灰時間性能的影響。

1.5 ?流變性能評價

根據(jù)GB 19139—2012相關(guān)章節(jié)要求來進(jìn)行水泥漿流變性的測量，以此來研究不同配漿轉(zhuǎn)速下對水泥漿流變性能的影響。

1.6 ?失水性能評價

根據(jù)GB 19139—2012相關(guān)章節(jié)要求來進(jìn)行水泥漿流變性的測量，以此來研究不同配漿轉(zhuǎn)速下對水泥漿失水性能的影響。

1.7 ?自由液性能評價

根據(jù)GB 19139—2012相關(guān)章節(jié)要求來進(jìn)行水泥漿自由液的測量，以此來研究不同配漿轉(zhuǎn)速下對水泥漿自由液性能的影響。

1.8 ?抗壓強(qiáng)度性能評價

根據(jù)GB 19139—2012相關(guān)章節(jié)要求來進(jìn)行水泥漿抗壓強(qiáng)度的測量，以此來研究不同配漿轉(zhuǎn)速下對水泥漿抗壓強(qiáng)度性能的影響。

1.9 ?稠化時間性能評價

根據(jù)GB 19139—2012相關(guān)章節(jié)要求來進(jìn)行水泥漿稠化時間的測量，以此來研究不同配漿轉(zhuǎn)速下對水泥漿稠化時間性能的影響。

2 ?結(jié)果與討論

2.1 ?配漿轉(zhuǎn)速對水泥漿密度的影響

根據(jù)表1配方，分別用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4個不同轉(zhuǎn)速分別配制水泥漿，并分別測試水泥漿的密度，密度結(jié)果如表3示。

從表3可以看出，4個不同轉(zhuǎn)速下測得的水泥漿密度都是1.90 g·cm-3，說明配漿轉(zhuǎn)速對水泥漿密度無影響。

2.2 ?配漿轉(zhuǎn)速對下灰時間的影響

根據(jù)表1配方，分別用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4個不同轉(zhuǎn)速分別配制水泥漿，并分別測量水泥漿的下灰時間，下灰時間結(jié)果如表4示。

從表4可以看出，水泥漿的下灰時間隨著配漿轉(zhuǎn)速的逐漸增高而變快，說明配漿轉(zhuǎn)速對水泥漿下灰時間有較大影響。

2.3 ?配漿轉(zhuǎn)速對水泥漿流變性能的影響

根據(jù)表1配方，分別用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4個不同轉(zhuǎn)速分別配制水泥漿，并分別測試水泥漿的流變，流變性能結(jié)果如表5示。

從表5可以看出，4個不同轉(zhuǎn)速下測得的聚合物水泥漿體系流變讀數(shù)差別較大。

根據(jù)表2配方，分別用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4個不同轉(zhuǎn)速分別配制水泥漿，并分別測試水泥漿的流變，流變性能結(jié)果如表6示。

從表6可以看出，4個不同轉(zhuǎn)速下測得的漂珠低密度水泥漿流變讀數(shù)差別較大。

綜合表5、表6可知，配漿轉(zhuǎn)速對水泥漿的流變讀數(shù)有較大影響。

2.4 ?配漿轉(zhuǎn)速對自由液的影響

根據(jù)表1配方，分別用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4個不同轉(zhuǎn)速分別配制水泥漿，并分別測量水泥漿的自由液，自由液結(jié)果如表7示。

從表7可以看出，4個不同轉(zhuǎn)速下測得的水泥漿自由液都是0 mL，說明配漿轉(zhuǎn)速對水泥漿自由液無影響。

2.5 ?配漿轉(zhuǎn)速對失水性能的影響

根據(jù)表1配方，分別用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4個不同轉(zhuǎn)速分別配制水泥漿，并分別測量水泥漿的失水，失水結(jié)果如表8示。

從表8可以看出，4個不同轉(zhuǎn)速下測得的水泥漿失水量都在±1 mL范圍，說明配漿轉(zhuǎn)速對水泥漿失水無明顯影響。

2.6 ?配漿轉(zhuǎn)速對抗壓強(qiáng)度的影響

根據(jù)表1配方，分別用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4個不同轉(zhuǎn)速分別配制水泥漿，并分別測量水泥漿的抗壓強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度結(jié)果如表9示。

從表9可以看出，4個不同轉(zhuǎn)速下測得的抗壓強(qiáng)度隨著配漿轉(zhuǎn)速的增加而逐漸增大，說明配漿轉(zhuǎn)速對水泥漿抗壓強(qiáng)度有較大影響。

2.7 ?配漿轉(zhuǎn)速對稠化時間的影響

根據(jù)表1配方，分別用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4個不同轉(zhuǎn)速分別配制聚合物1.90 sg水泥漿，并分別測量水泥漿的稠化時間，見圖1-4。

從圖1-4可以得出稠化時間結(jié)果如表10所示。

從表10可以看出，4個不同轉(zhuǎn)速下測得的1.90 sg聚合物水泥漿體系的稠化時間隨著配漿轉(zhuǎn)速的增加而逐漸縮短。

根據(jù)表2配方，分別用2 000、4 000、8 000、12 000 r·min-1等4個不同轉(zhuǎn)速分別配制漂珠1.50sg低密度水泥漿，并分別測量水泥漿的稠化時間，見 ? 圖5-8。

從圖5-8可以得出稠化時間結(jié)果如表11示。

從表10可以看出，4個不同轉(zhuǎn)速下測得的1.50 sg漂珠低密度水泥漿體系的稠化時間隨著配漿轉(zhuǎn)速的增加而逐漸縮短。

綜合表10-11可知，配漿轉(zhuǎn)速對水泥漿的稠化時間有較大影響。

3 ?結(jié) 論

1）不同轉(zhuǎn)速下配制的水泥漿密度、自由液、失水3項性能幾乎無影響。

2）不同轉(zhuǎn)速下配制的水泥漿流變、抗壓強(qiáng)度、稠化時間有較大影響。

3）室內(nèi)試驗(yàn)時，務(wù)必要注意配漿轉(zhuǎn)速的選擇。

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