添加二氧化硅的油井水泥长期强度退化：一项全面的多方法分析

文件标题为《Cement and Concrete Research 144 (2021) 106424》，由Xueyu Pang等人撰写，发表于2021年3月9日。文章主要研究了在200°C和50 MPa条件下，添加60-80%二氧化硅的G级油井水泥长期强度退化问题。研究采用了多种分析方法，包括超声强度测试、X射线衍射、热重TGA分析、汞侵入法和扫描电镜等。

研究背景

- 油井、天然气和地热井的高温高压(HPHT)条件对水泥的物理和机械性能构成挑战，尤其是长期强度退化现象。

- 硅酸盐水泥在高温下会发生强度退化，这在石油工业中引起了关注。

实验材料与方法

- 使用G级油井水泥和不同粒径的硅砂、硅灰作为主要材料。

- 设计了不同的水泥浆配方，考虑了高温应用下的干混料组成和添加剂用量。

- 实验包括短期和长期的性能评估，涉及抗压强度、杨氏模量、泊松比、水渗透性和气体渗透性测试。

长期性能测试

- 长期测试长达142天，显示所有设计的系统在物理和机械性能上出现显著恶化。

- 强度退化与微观结构的粗化有关，尤其是随着固化时间的增加。

微观结构分析

- 使用X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、汞侵入法(MIP)和扫描电子显微镜(SEM)等技术对固化水泥的微观结构进行了分析。

- 研究揭示了随着固化时间的增加，半晶态C-S-H向结晶态tobermorite和xanolithic的转化。

结果与讨论

- 硅的持续消耗、结晶相(如tobermorite和xanolithic)的增加以及半晶态C-S-H水化产物的减少与强度退化有关。

- 水和气体渗透性的增加表明了微观结构的粗化。

该研究为油井水泥在高温高压条件下的应用提供了重要的理论和实验依据，对于石油工业中的油井水泥设计和应用具有指导意义。

文章的作者团队来自中国石油大学（华东）的非常规油气开发教育部重点实验室和石油工程学院。

文章的作者团队来自中国石油大学（华东）的非常规油气开发教育部重点实验室和石油工程学院。