添加二氧化硅的油井水泥長期強度退化：一項全面的多方法分析

文件標題為《Cement and Concrete Research 144 (2021) 106424》，由Xueyu Pang等人撰寫，發表于2021年3月9日。文章主要研究了在200°C和50 MPa條件下，添加60-80%二氧化硅的G級油井水泥長期強度退化問題。研究采用了多種分析方法，包括超聲強度測試、X射線衍射、熱重TGA分析、汞侵入法和掃描電鏡等。

研究背景

- 油井、天然氣和地熱井的高溫高壓(HPHT)條件對水泥的物理和機械性能構成挑戰，尤其是長期強度退化現象。

- 硅酸鹽水泥在高溫下會發生強度退化，這在石油工業中引起了關注。

實驗材料與方法

- 使用G級油井水泥和不同粒徑的硅砂、硅灰作為主要材料。

- 設計了不同的水泥漿配方，考慮了高溫應用下的干混料組成和添加劑用量。

- 實驗包括短期和長期的性能評估，涉及抗壓強度、楊氏模量、泊松比、水滲透性和氣體滲透性測試。

長期性能測試

- 長期測試長達142天，顯示所有設計的系統在物理和機械性能上出現顯著惡化。

- 強度退化與微觀結構的粗化有關，尤其是隨著固化時間的增加。

微觀結構分析

- 使用X射線衍射(XRD)、熱重分析(TGA)、汞侵入法(MIP)和掃描電子顯微鏡(SEM)等技術對固化水泥的微觀結構進行了分析。

- 研究揭示了隨著固化時間的增加，半晶態C-S-H向結晶態tobermorite和xanolithic的轉化。

結果與討論

- 硅的持續消耗、結晶相(如tobermorite和xanolithic)的增加以及半晶態C-S-H水化產物的減少與強度退化有關。

- 水和氣體滲透性的增加表明了微觀結構的粗化。

該研究為油井水泥在高溫高壓條件下的應用提供了重要的理論和實驗依據，對于石油工業中的油井水泥設計和應用具有指導意義。

文章的作者團隊來自中國石油大學（華東）的非常規油氣開發教育部重點實驗室和石油工程學院。

文章的作者團隊來自中國石油大學（華東）的非常規油氣開發教育部重點實驗室和石油工程學院。