纳米SiO2溶胶缓解油井水泥高温强度衰退的作用机理

摘要

油井水泥石强度衰退是高温固井所面临的主要难题之一,而添加纳米SiO2能否缓解水泥石的高温强度衰退以及其作用机理是什么,还有待于验证和确认.为此,通过室内试验,基于X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪分析水泥石的矿物组成、微观结构和水化产物的元素,测定了高温条件下(150℃/35 MPa)纳米SiO2溶胶对G级油井水泥石抗压强度的影响及变化规律,据此研究纳米SiO2溶胶在高温下对水泥水化产物的作用机理.研究结果表明:①纳米SiO2溶胶可以提高G级油井水泥浆的稠度系数,对水泥浆的流变性会产生不利的影响;②在高温养护初期,纳米SiO2溶胶会降低水泥石的抗压强度,但加入纳米SiO2溶胶的水泥石的抗压强度不会随着养护时间的增加而产生明显的变化;③加入少量纳米SiO2溶胶的G级油井水泥中的纳米SiO2颗粒吸附在水泥矿物表面阻碍水化反应,能够缓解水泥水化产物的高温脱水变质,纳米SiO2颗粒还可以提高水泥微观结构的致密性;④加入大量纳米SiO2溶胶的G级油井水泥中的纳米SiO2与氢氧化钙发生火山灰反应生成一种新型的、结构松散的薄片蜂窝状CSH产物,难以提供较高的抗压强度.结论认为,纳米SiO2可以作为水泥添加剂以缓解油井水泥高温强度衰退,该研究成果为高温固井水泥浆体系的设计提供了一条新的思路.