纳米氧化铝改性地面井固井水泥水化机制研究 - 梁运培; 刘莹; 邹全乐; 王鑫 (煤炭科学技术, 2024)
TD352; 随着地面井固井技术发展加快,工程现场对于地面井固井水泥浆的早期流动性及凝结性能有了更高的要求.为了提高固井工程注水泥作业的顶替效率,改善固井工程现场作业应用情况,提出了纳米氧化铝颗粒改性固井水泥的方法,利用核磁共振技术对质量分数为 0、0.05%、0.10%、0.15%及 0.20%的纳米氧化铝改性水泥浆(水灰比为 0.44)在不同水化龄期的水化反应变化特征进行了研究,探究了纳米氧化铝改性水泥的水相分布、物理结合水总信号量变化、峰形指数及迁移速率.结果表明:纳米氧化铝改性水泥浆在水化阶段的T2 图谱会出现 3个弛豫峰,分别对应絮凝结构填充水(0.1～10 ms)、毛细水(10 ms)、自由水(800～1000 ms);其物理结合水总信号随纳米氧化铝质量分数增加而逐步减少,其中质量分数为 0.20%的纳米氧化铝改性水泥浆信号量减少速率最快;峰形指数呈现先上升后下降的趋势,当水化反应进行至 600 min时,质量分数为 0.20%的改性水泥浆变化速率最快,弛豫峰向短弛豫方向移动速率加快;结合迁移速率将纳米氧化铝改性固井水泥水化反应阶段划分,其水化机制分别作用在 4个水化时期:①初始水化期(5～60 min),水化速率未发生明显改变;②加速水化期(60～600 min),纳米氧化铝使水泥浆中物理结合水转化为化学结合水所经历时间变短,水化进程加快,达到促进水泥水化的效果;③稳定水化期(600～1200 min),水泥体系趋于稳定;④延缓水化期(1200～1800 min),物理结合水转化为化学结合水速率变慢,水泥水化进程减慢.研究结论得到,纳米氧化铝改性水泥浆水化时期可以划分为 4个阶段,分别起到物理填充、加速、稳定、延缓的作用.在加速期,纳米氧化铝促进水泥的早期流动,有利于水泥浆的泵送及流动,在延缓期,纳米氧化铝延缓水泥的进一步水化进程,利于发展早期强度.其中,质量分数为 0.20%的纳米氧化铝改性水泥浆对于水泥水化进程影响最大,促进填充水向结合水的转化,在加速水化期间对于水泥浆水化反应加速程度最大,以此作为依据对现场固井水泥的制备及应用提供指导.