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镁氧类油井水泥膨胀剂膨胀机理的研究

时间:2012-02-11 09:06:33 来源:网络 作者:姚晓

 油井水泥水化时固有的体积收缩(水泥浆在高温高压下凝固时体积收缩占水泥浆总体积的2. 6 %^'S.0 %。其中初凝前的最大收缩量小于0. 5 %,终凝后达1.6%^'4.7%}}}0)是造成水泥桨孔隙压力降低、水泥环胶结质量差、进而诱发井内流体窜流的主要原因之一。也是注水泥作业中未完全解决的重大问题之一。从根本上解决这一问题的最好方法就是使用膨胀剂或膨胀水泥。
    经使用过的无机材料膨胀剂有:①硫铝酸盐类,以生成钙矶石(A Ft)为膨胀源;②碱土金属的氧化物(CaO和/或MgO,以生成氢氧化物为膨胀源。前者因在高温下(> 80 0C}不生成AFt]无法在油井注水泥施工中广泛使用。后者在高温高压下不仅膨胀量大,而目易于控制,故国外石油公司多采用这类材料作为油井水泥膨胀剂,效果很好[3]。然而对其膨胀机理的研究尚停留在解释宏观性能和水化微观结构方面,缺乏深入系统的理论和实验研究。本文从化学热力学及水泥化学理论出发,运用材料力学方法,从理论和实验讨论镁氧类膨胀剂作用机理,为
研制和开发新型油井水泥膨胀剂提供了理论依据。

结论
    (1)由化学热力学原理证明:膨胀剂在水泥浆中原地发生反应时,其膨胀驱动力来自于水化体系自由能的降低,即体系的化学能被转化为机械功,造成水泥浆体的体积膨胀。
    (2)月彭胀剂的膨胀应力源于水泥浆体和膨胀剂反应产物问相匀_作用产生的晶体生长压(结晶压)。水泥浆体产生膨胀的先决条件:①浆体的塑性强度足够大(受限的晶体生长);②给定条件下,膨胀剂反应物在液相中的局部浓度过饱和,目达到平衡时产物溶度积KsP大于标准状态下溶度积P。
    (3)在常压80下,掺有DB膨胀剂的G级油井水泥浆体不但表现出明显的塑性膨胀,而目在水泥浆体硬化后也能使其膨胀,其膨胀速率在不同水化龄期有所不同。这一结果为上述两点结论提供了有力的实验证据。

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