基于緊密堆積理論的低密度固井水泥漿設計

作者：鄭少軍,王凱倫,劉思雨,劉天樂,蔣國盛,白世卿

摘要：合理的顆粒級配是提高固井水泥環內部密實度、早期力學強度和界面膠結能力的關鍵。基于此,本文從幾種典型的連續顆粒級配的緊密堆積理論中優選出DFE進行固井水泥漿體系設計,并通過大量實驗首次確定了適宜G級油井水泥基深水固井水泥漿體系設計的n值最優范圍:0.33~0.40。結合激光粒度分析儀實測結果,在粒徑≤3.38μm、3.38~70.70μm、≥70.70μm三個范圍內依次采用納米CaCO_3(nano CaCO_3,以下簡稱“NC”)、G級油井水泥和漂珠,并按DFE(n=0.33~0.40)體積分布曲線進行混配。在此基礎上,提出一種密度為1.50 g/cm^(3)的低成本低溫早強三元固相級配水泥漿體系,并與漂珠二元固相水泥漿體系和NC二元固相水泥漿體系的性能進行對比。研究結果表明:該三元體系水泥石的抗壓強度、抗折強度和二界面膠結強度相比于漂珠二元體系和NC二元體系分別提高了7%~21.1%、13.4%~51.9%和41.4%~122.2%。三元體系的固井水泥石在垂向上的最大密度差為0.022 g/cm^(3)。基于DFE設計的三元體系具有良好的流變性、穩定性和力學性能。DFE對于多元固井水泥漿體系的設計和應用具有一定的指導意義,在保證低密度的前提下能夠有效地提高固井水泥石的早期強度和綜合性能。

發文機構：中國地質大學（武漢）工程學院

關鍵詞：固井水泥漿緊密堆積理論Dinger-Funk方程粒度分布力學性能cement slurryclose packing theoryDinger-Funk equationparticle size distributionmechanical properties

分類號：