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稠油热采井抗高温硅酸盐基水泥浆(2)

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表1 抗350 ℃高温硅酸盐基水泥浆常规密度配方优化注：实验条件为先70 ℃×20.7 MPa 养护3 d，再在350 ℃×20.7 MPa 下养护3 d

由表1 可知，当200 目石英砂加量为50%时，水泥石抗压强度最高；当石英砂加量一定的前提下，随着石英砂目数越高，石英砂粒径越小，高温下更易与水泥水化产物发生反应，因此水泥石抗压强度越高，但石英砂目数越高，成本越高，且同等加量下水泥浆稠度越高，因此优选200 目石英砂作为配方用石英砂目数，当增韧防裂材料DRN-2S 加量为2%时，水泥石抗压强度最高。

2.2.3 水泥浆综合性能

抗350 ℃高温硅酸盐基水泥浆常规综合性能见表2。水泥浆配方为嘉华 G 级水泥+10%DRB-4S+50%200目石英砂+1.5%DRF-1S+1.2%DRS-1S+60%水+2%DRN-2S+X%DRH-1L。

表2 抗350 ℃高温硅酸盐基水泥浆常规综合性能

从表2 可知，抗350 ℃高温硅酸盐基水泥浆体系的沉降稳定性小于0.02 g/cm3，游离液量为0，API 失水量小于50 mL，流动度大于20 cm，稠化时间可调性好，70 ℃水泥石24 h 抗压强度大于14 MPa，满足现场固井施工要求。对不同配方水泥石进行抗压强度实验，水泥浆配方如下。

1#嘉华G 级水泥+10%DRB-4S+50%200 目石英砂+1.5%DRF-1S+1.2%DRS-1S+60% 水+2%DRN-2S+0.3%DRH-1L

2#嘉华G 级水泥+10%DRB-4S+50%200 目石英砂+1.5%DRF-1S+1.2%DRS-1S+56%水+1%DRN-2S

在70 ℃×20.7 MPa 下，将1#和2#配方水泥石养护3 d 后的抗压强度分别为 23.2、18.2 MPa；在350 ℃×20.7 MPa 下，将2#配方水泥石养护3 d 后的抗压强度为4.8 MPa，且2#配方水泥石有明显裂纹，将1#配方水泥石养护7 d 后的抗压强度为39.6 MPa。将1#配方水泥石先在70 ℃×20.7 MPa下养护3 d，再在350 ℃ ×20.7 MPa 下养护7 d 后，进行 2 轮次测试，1#配方水泥石强度2 轮次分别为41.3、41.9 MPa，且1#配方水泥石完整无裂纹。可以看出，350 ℃高温下水泥石抗压强度大于 40 MPa，高温抗压强度发展稳定，水泥石结构完整，满足稠油热采井现场工程应用需求。

2.3 微观结构对比

对纯水泥石与抗350 ℃高温硅酸盐基水泥石进行微观结构对比，养护条件为70 ℃×20.7 MPa 养护3 d，再350 ℃×20.7 MPa 养护7 d，SEM 分析见图1，XRD 分析见图2。

图1 纯水泥石（左）和抗350 ℃高温硅酸盐基水泥石（右）的SEM 图

图2 纯水泥石和抗350 ℃高温硅酸盐基水泥石的XRD 图

从图1 和图2 可知，纯硅酸盐水泥石，SEM下可观察到粗状晶体，结构疏松，通过XRD 分析可知，该水泥石中存在氢氧化钙、水化硅酸钙等高温下不稳定的晶相。而对于抗350 ℃硅酸盐基水泥石，SEM下可观察到大量细纤维状晶体交错，结构紧密，通过XRD 分析可知，该水泥石中存在硬硅钙石、铝酸钙、磷酸钙、磷铝酸钙、硅铝酸钙等抗高温晶相，因此通过以上微观分析可知，水泥水化产物的氢氧化钙、水化硅酸钙等与高温特种增强材料DRB-4S、石英砂发生反应生成了硬硅钙石、铝酸钙、磷酸钙、磷铝酸钙、硅铝酸钙等高温下稳定的晶相，明显降低了体系中氢氧化钙、水化硅酸钙等物质含量，确保了高温下水泥石结构的稳定性和完整性，保障了水泥石力学性能的可靠性。

3 结论与建议

1.探明350 ℃高温水泥石增强作用机理，指导蒸汽驱稠油热采井固井用抗350 ℃硅酸盐基水泥浆配方设计。350 ℃硅酸盐基水泥浆的沉降稳定性小于0.02 g/cm3，游离液量为0，API 失水量小于50 mL，流动度大于20 cm，稠化时间可调性好，70 ℃水泥石24 h 抗压强度大于14 MPa，满足现场固井施工要求。

2.3 轮次养护下，抗350 ℃硅酸盐基水泥石的30 d 抗压强度大于40 MPa，高温抗压强度发展稳定，满足稠油热采井的现场工程应用需求，突破了超高温下硅酸盐水泥强度低、铝酸盐及磷铝酸盐水泥必用的困境，促进了超高温水泥浆技术进步。

3.以抗350 ℃硅酸盐基水泥浆配方为基础，优化改进开发出600 ℃火驱稠油热采井固井用硅酸盐基水泥浆体系。

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文章来源：《硅酸盐学报》网址: http://www.gsyxbzz.cn/qikandaodu/2021/0522/504.html