200℃加砂硅酸盐水泥配方优化设计及强度衰退机理
发布时间：2021-01-26 06:37
通过研究200℃超高温环境下2种不同目数硅砂以及微硅等外掺料加量和配比对水泥石矿物成分及物理力学性能的影响,发现优化颗粒级配可以显著提高水泥石7 d抗压强度,同时提高SiO2总加量可以明显改善30 d长期强度。经过优化后的2套配方30d抗压强度达到40 MPa以上,水测渗透率低于2×10–6μm2。通过分析该两套配方物理力学性能在30 d内物理力学性能及微观结构成分随养护时间的演化规律,发现水泥石矿物成分及矿物结晶状态在7 d至30 d基本没有变化,但微观结构有粗化现象,从而导致其抗压强度、弹性模量等力学性能随时间降低,水测渗透率随时间近乎线性增长。
【文章来源】：硅酸盐学报. 2020,48(11)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
配方1～6水泥石养护7 d后的XRD谱
水泥石不同养护周期SEM背散射图像对比
配方7～9的物理力学性能测试结果如表6所示。对比表5测试结果，可见相似配方水泥石30 d长期养护试样较7 d短期养护试样气测(克氏)渗透率有所上升，抗压强度更是显著降低。说明在200℃超高温环境，高含Si O2的硅酸盐水泥仍然可能发生长期强度衰退问题。由表6还可以看出各配方水测渗透率值远低于气测渗透率(前者约为后者的1/8～1/18)，这与之前的研究结果相似[16,18]，主要是由于水泥石在干燥过程中水化产物失去水分，微观结构发生粗化造成。此外，实验结果显示各配方水测渗透率值差别极小，但气测渗透率值则差别较大，这可能是因为不同水化产物在干燥过程中结构粗化程度不一致造成的。由于水泥石气测渗透率测试结果可能受到干燥方法和干燥程度的影响，水测渗透率更能准确代表原配方的渗透性。虽然配方7～9的水测渗透率值几乎完全一致，但其抗压强度和杨氏模量差别巨大。对比成分相似的配方8和9，发现后者通过略微提高200目粗硅砂加量，抗压强度和弹性模量分别提高了74%和55%。各配方代表性应力–应变测试曲线如图2所示，可见样品发生破坏时最大轴向应变在0.5%～0.7%之间，最大横向膨胀约为0.1%～0.2%。配方7～9水泥石XRD谱如图3所示。可见在养护30 d之后各配方仍然有未反应的硅砂剩余，水化产物中以晶体型雪硅钙石和硬硅钙石为主，无定型C-S-H凝胶含量极少。虽然各配方基体材料配比设计不一致，但养护30 d之后XRD谱差别很小。尤其是配方7和配方9谱几乎完全重叠。根据峰值大小判断，相对于其它两套配方，配方8雪硅钙石含量略低，硬硅钙石含量略高，这可能是导致其强度和弹性模量等力学性能较低的原因之一。
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合加砂抗高温防衰退水泥浆体系[J]. 路飞飞,李斐,田娜娟,朱文豪. 钻井液与完井液. 2017(04)
[2]掺硅粉高水灰比水泥石高温强度衰退现象分析[J]. 符军放. 钻井液与完井液. 2017(01)
[3]硅砂对稠油热采井水泥石强度影响的室内试验[J]. 张颖,陈大钧,罗杨,李竞,邓英江. 石油钻采工艺. 2010(05)
[4]抗高温蒸汽吞吐固井水泥浆体系研究[J]. 罗杨,陈大钧,尹水,曾辉,陈安. 钻井液与完井液. 2009(05)
[5]温度及外加剂对G级油井水泥强度的影响[J]. 张景富,徐明,高莉莉,肖海东. 石油钻采工艺. 2003(03)
[6]G级油井水泥的水化及硬化[J]. 张景富,俞庆森,徐明,高莉莉,肖海东. 硅酸盐学报. 2002(02)
博士论文
[1]微硅水泥体系的开发及其现场应用研究[D]. 柳世杰.西南石油大学 2012
本文编号：3000648
【文章来源】：硅酸盐学报. 2020,48(11)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
配方1～6水泥石养护7 d后的XRD谱
水泥石不同养护周期SEM背散射图像对比
配方7～9的物理力学性能测试结果如表6所示。对比表5测试结果，可见相似配方水泥石30 d长期养护试样较7 d短期养护试样气测(克氏)渗透率有所上升，抗压强度更是显著降低。说明在200℃超高温环境，高含Si O2的硅酸盐水泥仍然可能发生长期强度衰退问题。由表6还可以看出各配方水测渗透率值远低于气测渗透率(前者约为后者的1/8～1/18)，这与之前的研究结果相似[16,18]，主要是由于水泥石在干燥过程中水化产物失去水分，微观结构发生粗化造成。此外，实验结果显示各配方水测渗透率值差别极小，但气测渗透率值则差别较大，这可能是因为不同水化产物在干燥过程中结构粗化程度不一致造成的。由于水泥石气测渗透率测试结果可能受到干燥方法和干燥程度的影响，水测渗透率更能准确代表原配方的渗透性。虽然配方7～9的水测渗透率值几乎完全一致，但其抗压强度和杨氏模量差别巨大。对比成分相似的配方8和9，发现后者通过略微提高200目粗硅砂加量，抗压强度和弹性模量分别提高了74%和55%。各配方代表性应力–应变测试曲线如图2所示，可见样品发生破坏时最大轴向应变在0.5%～0.7%之间，最大横向膨胀约为0.1%～0.2%。配方7～9水泥石XRD谱如图3所示。可见在养护30 d之后各配方仍然有未反应的硅砂剩余，水化产物中以晶体型雪硅钙石和硬硅钙石为主，无定型C-S-H凝胶含量极少。虽然各配方基体材料配比设计不一致，但养护30 d之后XRD谱差别很小。尤其是配方7和配方9谱几乎完全重叠。根据峰值大小判断，相对于其它两套配方，配方8雪硅钙石含量略低，硬硅钙石含量略高，这可能是导致其强度和弹性模量等力学性能较低的原因之一。
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合加砂抗高温防衰退水泥浆体系[J]. 路飞飞,李斐,田娜娟,朱文豪. 钻井液与完井液. 2017(04)
[2]掺硅粉高水灰比水泥石高温强度衰退现象分析[J]. 符军放. 钻井液与完井液. 2017(01)
[3]硅砂对稠油热采井水泥石强度影响的室内试验[J]. 张颖,陈大钧,罗杨,李竞,邓英江. 石油钻采工艺. 2010(05)
[4]抗高温蒸汽吞吐固井水泥浆体系研究[J]. 罗杨,陈大钧,尹水,曾辉,陈安. 钻井液与完井液. 2009(05)
[5]温度及外加剂对G级油井水泥强度的影响[J]. 张景富,徐明,高莉莉,肖海东. 石油钻采工艺. 2003(03)
[6]G级油井水泥的水化及硬化[J]. 张景富,俞庆森,徐明,高莉莉,肖海东. 硅酸盐学报. 2002(02)
博士论文
[1]微硅水泥体系的开发及其现场应用研究[D]. 柳世杰.西南石油大学 2012
本文编号：3000648
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/3000648.html
