煤田地质与勘探

作者：郑明明, 吴祖锐, 颜诗纯, 胡云鹏, 何娟, 张亚伟, 熊亮, 朱成涛,

关键词：相变微球, 固井水泥浆, 最紧密堆积理论, 单轴抗压强度, 流动性,

目的当前在含水合物地层固井用相变微球低热水泥浆设计时，未充分考虑相变微球粒径及质量分数对水泥浆性能的影响，导致水泥浆性能降低和成本增加，从而引发一系列固井质量问题，因此，分析相变微球对固井水泥浆性能影响及调控机制尤为关键。方法为排除相变芯材储热效应的干扰，以自制的多级粒径相变壁材微球为研究对象，研究壁材微球粒径和质量分数对水泥浆性能的影响，建立了不同水化龄期水泥浆的Dinger-Funk方程(DFE)模型，揭示了壁材微球对固井水泥浆性能的调控机理。结果和结论结果表明：(1)相较于质量分数，微球粒径对固井水泥浆流动性能和力学性能影响更大，在进行相变微球低热固井水泥浆设计时，需重视微球粒径对固井水泥浆性能的影响。(2)微球质量分数增大对水泥浆体系存在2种不同的效应，一方面是堆积密度增大导致的水泥石力学强度提升以及水泥浆流动性能减弱效应，另一方面是微球引入本身强度缺陷导致的水泥石强度下降效应，这2种效应的主导地位取决于微球的质量分数和粒径，其中质量分数对两种效应起决定性作用，当质量分数较小时，堆积密度上升效应占主导，当质量分数超过4%时，强度缺陷效应占主导，2种效应共同作用下，水泥石单轴抗压强度呈现先上升后下降的趋势。(3)最紧密堆积DFE模型与水泥浆流动性能和力学性能有较强的相关性，当固井水泥浆DFE模型处于较优状态时，通常意味着该体系具有较好的流动性和力学性能。研究结果为热敏地层低热相变微球固井水泥浆设计提供有益参考。

来源：2024年第11期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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