固井研究下的納米材料論文范文

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一、結果與分析

表1是納米二氧化硅對抗壓強度的影響。為了體現納米二氧化硅的優勢，用微米二氧化硅作對比試驗。從表1可以看出每添加0.2gal/sk的納米二氧化硅，強度形成速率就會從172psi/hr增大到460psi/hr。從抗壓強度—時間圖的線性部分可以計算強度形成速率。不含納米二氧化硅的成分稱為控體，水泥復合材料的最終強度是控體或控體中加微米二氧化硅的三倍。與控體相比，含有納米二氧化硅的水泥漿的流變性能略高，但仍可澆注和泵送。

通常情況下，水泥漿中含有不同的添加劑，其大小一般是微米級。添加少量的納米二氧化硅不能顯著影響其力學性質，因為一旦這些粒子聚集在一起就不能達到預期的效果。在攪拌水泥漿的過程中，向其中加入納米二氧化硅、膠體和水。由于都是納米級物質—納米二氧化硅顆粒和膠體顆粒有可能結合在一起，將有利于提高早期強度。

油井水泥主要包括四種固相：C3A，C4AF，C3S和C2S。其中C3A，C4AF控制水泥的流變和凝膠過程，C3S和C2S控制水泥的抗壓強度。C3S和C2S與水相互作用時，它們形成C-S-H凝膠、CH（氫氧化鈣）。C-S-H凝膠作為水泥粘結劑，能鞏固水泥基體，提高水泥強度，加入納米二氧化硅能加速C-S-H膠結，加速獲得早期強度。此外在固相顆粒發生化學反應之前，二氧化硅顆粒很細小能填充到固相顆粒中，使其成為稠密的固體基質。

H級優質水泥，消泡劑0.05gal/sk，穩定劑0.2gal/sk，分散劑0.143gal/sk，密度16.4lbm/gal，收益率1.1ft3/sk納米二氧化硅與其它添加劑形成協同作用，不會干擾其它添加劑的作用。按照稠化時間和泵入時間調整緩凝劑的量，能改進其力學性能。在泵入時間相近（一種大約6-7小時，另一種大約10-11小時），通過改變緩凝劑和納米二氧化硅的量，設計了兩種不同的水泥漿。從這兩種情況中可看出有含有納米二氧化硅的水泥漿較控體水泥漿能形成較高的早期強度和較高的最終強度。

納米材料對漏失量的影響。單獨使用納米材料時可以減少漏失量，與傳統防漏失劑配合使用時，表現為協同作用，也能輔助減少漏失量。這可能是因為它能填充水泥顆粒中的小縫隙。此外，研究結果還表明納米二氧化硅用量一定時，各種溫度下納米二氧化硅的強度都有所改善，并且這種性能不會隨溫度改變。由于不受溫度影響，使得這種材料能適應各種水泥漿設計方案和現場情況。

二、結論

以下是本文的結論1.添加納米二氧化硅能改善水泥的力學性能，尤其是抗壓強度。2.添加納米二氧化硅也能提高水泥早期抗壓強度，節省鉆井時間，減少鉆井成本。3.納米材料在一定程度上有助于減少濾失量。4.納米材料溫度適用范圍廣，可適用于不同的設計方案和現場條件。5.由于協同作用，納米材料很容易和其他水泥漿添加劑組合以達到所需性能。

作者：呂會強單位：勝利油田黃河鉆井固井公司