(四) 采用漂作减轻剂应注意的问题
经过近十年对漂珠低密度油井水泥的研究和应用,对漂珠作减轻剂取得了一定的经验,掌握了一定的规律。
1. 对漂珠的基本要求
SY5403-1991《油井水泥用空心微珠》对漂珠的质量指标规定见表。
空心微珠品质指标
项 目指 标项 目指 标外 观白色或浅灰色流动颗粒密度(g/cm3)≤0.4含水量≤0.1粒度(0.3mm筛孔筛余量)%≤1.00杂 质≤3.5堆积密度(g/cm3)0.6~0.7 各项目的试验方法见SY5403-1991《油井水泥用空心微珠》中第三章试验方法。
2. 漂珠低密度水泥浆的设计原则 (1)设计依据及步骤依据区块构造油藏特点,重点解决的技术难点(如防漏失、降失水、耐高温等)及井深、地温梯度、破裂压力梯度、压力系数等条件,确定水泥浆密度、稠化时间、失水量及水泥石抗压强度等性能参数,从而制定出漂珠低密度水泥浆配方的设计方案,运用正交设计方法,达到水泥品种、漂珠以及外加剂的最优组合,筛选出适于该地区需要的水泥浆配合比。
(2)一般参数的选择①漂珠的掺量涉及浆体密度及水泥石强度二者的相互关系,一般以20%~45%为佳;②由于漂珠短期吸水率低,纵然水灰比稍低,其水泥浆体仍是有一定的流动度,一般以0.65~0.70水佳;③由于漂珠在常压下短时间内水分不易涌渗入,因此,配制水泥浆时仅需少量润湿水,一般水泥浆体密度以1.25~1.45g/cm3为佳。
如需突破上述选择范围,则须再加特殊外加剂,改善水泥浆性能,使之符合要求。
3.漂珠的悬浮稳定性
从斯托克斯定律可知,漂珠上浮速度与其粒径的平方成正比,与浆体粒度成反比,如下式所示:
2(ρ0-ρ) r2g
V =
9η
式中 V—漂珠上浮速度,m/s;
ρ0—浆体密度,kg/m3;
g—重力加速度,9.8m/s2;
ρ—漂珠堆积密度,kg/m3;
r—漂珠颗粒半径,m;
η—浆体粘度,pa. s。
由上式可见,为提高漂珠的悬浮稳定性,应尽可能选择粒径小的漂珠,更为关键的是,应使水泥浆具有合适的粘度。亦可采用外加剂来限制漂珠的上浮速度。
4.漂珠水泥浆体密度的测试
漂珠水泥浆体密度的测试不能套用API SPECIO的制浆方法,因漂珠在14000~15000r/min的高速搅拌下约有60%的漂珠被叶片击碎,搅拌时间越长,破碎率超高。经过与现场的复合试验,用瓦棱搅拌器以4000r/min搅拌45s后测得的密度与水泥车的喷嘴混合时的密度相吻合。
5.漂珠水泥浆体在高温高压下的体积收缩
将漂珠在净水中煮沸30min,有10%~20%的漂珠下沉,将此部分漂珠取出缓慢烘干后,又可以在水中重新浮起,这部分漂珠的表面孔径很小,在常温下,由于水的张力作用,水不易入孔,而在煮沸条件下,水的张力下降甚至消失,水便进入珠内。
置于净水中的漂珠放在高温高压稠化仪上进行加温加压试验,温度50℃,时间30 min,压力由5 MPa逐步增大至80 MPa,漂珠的下沉量由48%逐渐增至86%,把沉于水下部分的漂珠取出缓慢烘干再放入水中,几乎全部漂浮,同样说明水压入漂珠。
虽然漂珠在水泥浆中与净水中不一样,但在水泥试块上仍表现为试体收缩,密度升高,一般48h收缩率为10%~15%,这必须引起注意。
6.漂珠水泥石的耐高温性
漂珠中SiO2含量高达50%以上,加入水泥中,可以降低CaO与SiO2摩尔比。常温下,漂珠与水泥浆中的Ca(OH)2反应生成硅酸盐胶凝物质;在高温下,则结晶生成托勃莫来石(C5S6H5)和硬硅钙石(C6S6H),使水泥石强度不致衰退。
但需注意,因漂珠的加入量毕竟有限制,所提供的SiO2尚不能完全使水泥石中的CaO与SiO2摩尔比接近1,因此,它只能部分取代石英粉,所以在耐高温低密度水泥设计中应根据漂珠的加入量,计算出可提供的摩尔数,然后再计算需附加的石英粉加入量,使CaO与SiO2摩尔比接近1,最终尚需通过试验来确定。