超细水泥汇总

1、超细低密度水泥浆的研制及其应用L G 地区储层深, 均为深井和超深井, 岩性、压力来较大的风险和困难。长封固段带来大温差问题突系统复杂, 地层压力系数从1. 0 到 1. 75 不等 , 长裸眼段压力窗口窄, 极易发生井漏。为实现平衡压力固井, 采用了低密度水泥浆加常规密度水泥的浆柱结构, 在确保主要目的层的封固质量的同时 , 还要求根据颗粒级配原理, 实现漂珠、水泥、超细水泥、保证对上部气层实现有效封隔, 这不仅需要“三高气井低密度水泥浆克服早期强度低 , 沉降稳定性差, 渗透率较高等缺点, 还要具有良好的防气窜性能, 良好的防漏堵漏功能等特性, 才能满足该地区固井的要求。L G 地区固井技

2、术难点:1) 井深 , 封固段长, 封固层位多, 压力系统复杂, 上部存在气层, 钻井过程中从沙一段到东岳庙组均存在不同程度的气测异常或气侵的情况, 防气窜难度大。2) 地层承压能力低 , 施工中高泵压极可能造成井漏, 导致水泥浆返高达不到要求。必须采用正注反挤的工艺措施来保证全井封固质量, 耗时费力, 增加成本。3) 气井封固段长, 一次固井封固段经常出现在2000 m 以上 , 注灰量大,固井施工泵压高, 给固井带来较大的风险和困难。长封固段带来大温差问题突出 , 井眼上部水泥石强度发展缓慢, 影响电测质量。2 设计思路根据颗粒级配原理, 实现漂珠、水泥、超细水泥、微硅等特种不同粒度分布的

3、材料进行组合, 优化设计各组分的比例, 使之尽可能地达到高的体积堆积系数P V F值，实现紧密堆积。水泥颗粒的平均粒径为2030 wm,小于10 w m的粒子不足，水泥粒子之间的填充性并不好。加入超细粒子粗细组合， 可使堆积体的孔隙率达到很小的程度。在水泥中掺入超细掺和材料，如超细水泥，微硅粉等，可以大幅度地改善胶凝材 料颗粒的填充性，提高水泥石的致密度、抗渗透性与水泥石强度。利用超细 水泥细化后水化加快；强度发育更快；浆体更加稳定；水泥石更均匀、致密；填 充性能更好；活性比微硅更高，不需要激活，低温下仍然能发挥强度等一系 列物化性能改善的有利因素，取代一部分G级油井水泥，使低密度水泥浆 的各

4、项性能得到提高。3室内实验3. 2 .1超细水泥及多元复合粉体特性研究按 A PI标准方法完成超细水泥各项性能的检验。从表1中可以看出，相同水灰比条件下，超细水泥具有 非常明显的高早强的特性，由于其颗粒小，凝结强度发展形态好，从48 Pa 到240 Pa的过渡时间比表面积大，水化迅速且充分，使水泥的早期强度得 以充分发挥，其优良的悬浮分散能力更有利于低密度水泥浆的稳定性。实验证明：超细水泥用于低密度水泥浆具有增加稳定性、提高早期抗压强度、降 低渗透率等诸多优点。表1 超细水泥增强性能表（30 C ）抗压强度MPa水泥W/ C3d7d18d超细水泥0.714.018.719.6G级水泥0.76.

5、914.616.2通过多次实验，调整几种材料比例，使之达到较高的P V F值，最终调配各组分比例为超细水泥占基本水泥质量的7 % 12 % ,漂珠的质量比为15 o%35 %的多元复合高性能低密度水泥浆体系，根据实验，水灰比为0. 560. 6 ,能确保良好的浆体性能。该体系颗粒粒度分布 曲线见图1。适当增加直径310 m水化颗粒的比例，能有效提高水泥石 的早期强度和浆体的沉降稳定性.加入并调整直径为1 w m以下潜在活性颗 粒的比例，使之较大程度地填充到上级颗粒的缝隙当中，起到密实的作用。 3. 2.2水泥浆工程性能研究超细水泥低密度水泥浆体系表2主要具有以下特点：水泥浆密度为 1.201.

6、 50 g/ cm3 ;水泥浆具有良好的流变性，较短的稠化过渡时间；静胶凝强度发展形态好，从48 Pa到240 Pa的过渡时间小于20 min , 具有良好的防气窜性能；A PI失水量小于50mL,由于SD18为非渗透成 膜型降失水剂，密度水泥浆的稳定性。实验证明：超细水泥用于低超细粉体 材料的加入起到充填密实作用，有效地控制失水；水泥石强度更高，1.20 g/ cm3,水泥石75 C ,24 h强度高于14 MPa ;该体系使用玻璃微珠 能保证井底压力条件下水泥浆密度恒定不变的特点，使施工安全更有保障。从表3看出，该体系与常规低密度水泥浆相比，具有较好的流动能力和较低 的滤失量，更高的早期强

7、度。表2低密度水泥浆体系性能表（75C）干混料外加剂密度流动度稠化时间API失水量抗压强度流艾性表3不同低密度水泥浆体系性能比较表干混材料密度(g/cm3)流动度(cm)稠化时间(min)API失水量(ml)抗压强度【Mpa/(70C 24h)J1.3024256686.8超细水泥+漂珠1.30211803713.0超细水泥+微珠1.30211783614.33. 2.3水泥浆防气窜性能评价从表4中可以看出，该体系稠化过渡时间短，失水量小，水泥浆气窜潜力系数S PN值小，防气窜能力强。形成的水泥石具有微膨胀、低渗透率等特点 渗透率接近常规水泥石，具有良好的层间封隔与后期防气窜的功能，更有利 于

8、延长油气井的开采寿命。表4低密度水泥浆体系防气窜性能表(103C)密度(g/cm3)稠化时间(min)100bc稠化时间(min) 30bc失水量(ml)SPNH1.30240230442.621.40225216402.211.50186177362.203. 2.4 水泥浆防漏堵漏性能评价该体系由于加入防漏复合纤维SD66 ,使之发挥了良好的防漏堵漏能力，10min内能堵住漏失，提高漏失地层的承压能力达6. 0 MPa （表5） 更好地保障 了施工过程中发生井漏时的施工安全和固井质量。表5低密度水泥浆堵漏性能表配方10min承压(MPa)漏失重（ml）备注2%SD66+1.8%SD1868

9、252mnfL 板2%SD66+1.8%SD1868402mmi 板2%SD66+1.8%SD1859203mnfL 板2%SD66+1.8%SD1859203mmi 板5 结论1）超细水泥具有改善基本水泥颗粒级配，起到提高粉体堆积密实程度的 作用。2）超细水泥低密度水泥浆体系克服了常规低密度水泥浆体系早期强度低、稳定性差、易分层等缺点，具有较高的早期强度和稳定性，水泥石微膨胀、, 流变性可根渗透率低等优点; 水泥浆体系稠化时间从低温到高温均能可调 据设计要求调整。3）水泥浆体系失水量小，静胶凝过渡时间小于20 min ,稠化时间从30100Bc 的时间小于20 min , 具有良好的防气窜性

10、能和具有较强的防漏堵漏的能力。现场成功应用20 余口井次 , 测井曲线显示固井质量良好。超细水泥的发展水泥注浆材料自1838 年英国汤姆逊隧道开始应用, 人们在实践中发现普通水泥粒径较大, 渗透能力有限, 一般只能渗入大于0 . 1mm 的裂隙或空隙 , 而对于微细裂隙注浆加固效果较差, 因此转向化学注浆材料的研究,由于化学注浆材料的价格高、配方复杂, 而且大多数化学注浆材料都有毒,其发展受到限制, 尤其 1974 年 日本上 冈县发生注浆污染事故后, 日本 、美国相继禁止了有毒浆材的使用。为了在低渗透介质中提高水泥的可注性 , 超细水泥注浆材料成了研究的热点。日本早在20 世纪 70 年代初

11、率先研制成超细水泥灌浆材料, 美、 俄国也相继开发成这一产品, 由于浆液稳定性好, 渗透能力强, 可达到和化学浆材相近的可注性, 且浆材无污染,价格低廉 , 因此迅速地得到广泛应用, 同时利用超细水泥研制的各种灌浆材料和工艺 , 在工程中的应用越来越广泛。1 生产现状超细水泥的生产原料与普通水泥大致相同, 在组成上的主要不同点是在制备过程中加入了一些性能调节剂, 超细水泥的生产是以普通水泥或水泥熟料为原料 , 采用一定的粉磨设备制得, 常用的粉磨设备有球磨机、振动磨、雷蒙磨、搅拌磨、气流磨等, 使其颗粒细化。国外资料认为超细水泥最大粒径应 20区m有必要指出的是最大粒径并非绝对意义上的最大粒径

12、，若最大粒径 20区m ,通常指d95 20"m，即允许有5 %的粒子 20 m平均 粒径为35区m。还有人认为岩基缝隙大于水泥粒子 35倍时，浆体能够 顺利灌入裂缝中。国内有专家认为超细水泥的比, 表面积应 10000cm / g才称得上超细水泥。由于超细水泥在制造过程中受到冲击、研磨、挤压、弯曲等机械力的连续、共同作用, 使水泥中的粗颗粒在逐步被粉碎的过程中 , 细度急剧下降, 比表面积迅速增大, 由于转入能量中的一部分变为新颗粒的内随和表面能, 从而导致水泥颗粒表面物理化学性能的巨大变化, 因此 , 超细水泥的活性比普通水泥大得多。生产超细水泥注浆材料的方法有湿磨和干磨两种。湿

13、磨超细水泥是指在施工现场将预拌的普通水泥浆泵入湿磨机磨成超细水泥; 长江科学院于20 世纪80年代末开始湿磨细水泥的生产研究。以灌注裂隙宽度为 0. 050. 2mm 的岩体为目标，研制出GSM型高效水泥湿磨机。该机结构简单，操作方便， 体积小 , 重量轻 , 能耗低 , 不需要研磨介质和助磨剂, 特别适合于注浆工程的现场使用。目前, 该技术已成功应用于包括三峡工程在内的全国10 多座大型水电工程。干磨超细水泥是指在水泥厂用超细粉磨机设备生产的超细水泥。1991年我国洋径水泥厂研制了 U型超细水泥，并在浙江上黄水库、洋溪水 库坝心场基础局部接触渗漏注浆收到明显效果的基础上, 进一步改善性能、降

14、低生产成本, 在 U 型超细水泥中掺加了粉煤灰研制成功粉煤灰超细水泥使超细水泥浆液的可注性得到了提高, 成本也显着下降。目前 , 我国生产的“华夏”牌系列超细水泥 , 就是利用了我国自己的超细磨技术、超细分离技术、水泥改性技术等最新技术, 由浙江金华华夏灌浆材料厂研究所开发研制而成 , 其功能已达到和部分超过国外的技术水平。国产的“华夏”牌超细水泥的细度已达到4.8 wm以下，颗粒级配较优化。目前，国内外的超细水泥普遍使用于封堵地下水流、加固大坝基础、封闭核放射废料、加固隧道边墙、 大塌方及各种地下建筑物开挖前软弱地基的处理等, 都获得了理想的使用效果。目前美、日、德、法等国均能生产比表面积8

15、001600cm2 / g的超细水泥， 超细水泥的优异性能来源于它的细度。最大粒径 < 20区m,平均粒径< 5区m2 超细水泥的性质(1) 超细水泥的物理性质指标。比重:3. 00± 0. 10 ; 单位重量 :1. 00 ± 0.10kg/ L ;比表面积:8000cm 2 / g 左右;平均细度:4"m左右。(2) 无毒性 : 超细水泥不含任何有机或污染成份, 其主要成分为CaO 、SiO2 、 Al2 O3 、 Fe2 O3 、 MgO, 具有良好的工作环境, 无臭、无味。因此,不污染环境, 对人体无害。(3) 试验证明 , 用超细水泥制备的浆

16、液, 经过充分搅拌, 具有良好的物理力学性能。强度与变形能力是注浆材料的重要性能, 超细水泥的颗粒化学性质活泼 , 因而能快速凝固达到较高的强度。水泥结石致密, 而且具有较高的耐久性 , 可以满足工程注浆加固施工要求。(4) 浆液的粘度: 水泥浆液的粘度随着水灰比不同而变化, 水灰比加大, 则粘度减少, 反之增大。(5) 稳定性 : 超细水泥所制的浆掖低水灰比中掺用外加剂等稳定性好, 使 注浆设备避免损坏并防止管道堵塞。(6)注入能力：超细水泥的平均粒径 5 wm，通过可注性试验测定，超细水泥的可注性是普通水泥的12 倍 , 接近于真溶性化学浆液。而且对裂隙中的钢筋无腐蚀。(7) 对于胶凝时间

17、的适应性: 超细水泥的胶凝初凝时间与终凝时间通过与水玻璃溶液的混合可在20s 至几分钟的范围内进行调节, 可以满足施工要求。3 存在问题及解决的一些方法(1) 1) 目前 , 虽然有一些厂家生产超细水泥, 但普遍存在规模小, 磨机的粉磨效率低, 生产超细水泥的成本高, 缺乏统一的质量标准, 从而限制了其大量使用。可通过采用立窑煅烧新工艺、新技术的方法, 同时增设细碎机的方法提高生产率, 降低生产成本。(2) 随着水泥细度的减小, 其物理力学性能、流变性能、水化性能等均会发生很大变化, 但目前对超细水泥基注浆材料的性能缺乏系统研究, 长期以来有关注浆的文献大多是一些经验报告, 阐述的是一些相互关

18、联的物理参数的影响的观察结果。但是随着超细水泥的广泛使用, 对其性能的研究将越来越深入。(3) 在实际施工过程中, 也需要解决一些问题:由于注浆介质模拟的不确定性和艰难性、注浆材料模拟的困难性、巷道围岩结构相似模拟与注浆材料相似模拟的内在联系的不可捉摸性, 导致注浆模拟实验及其技术落后、抑制了注浆理论的发展, 实验结果与实际之间存在较大差异。因此面对各种各样的事实, 需要用经验分析, 我们可以采用“事实指导注浆”围岩结构特征确定注浆材料类型。普通水泥注浆时, 为提高浆液的稳定性, 通常要加入少量的膨润土 ,但是对超细水泥注浆而言, 必需放弃使用膨润土。因为膨润土在悬浮液中有团聚作用, 对注浆不

19、利。超细水泥由于其直径小, 活性高 , 制浆时必须有一台高速搅拌机, 才能使其充分分散, 保证浆液静置时颗粒的沉降速度减慢,析水率明显降低, 浆液稳定性提高。水泥注浆材料在满足细度要求的前提下要获得理想的注浆效果, 很大程度取决于水泥浆液的水灰比, 由于超细水泥本身直径小, 且是在普通水泥注浆无法满足要求的情况下使用, 其注浆水灰比一般应控制在2 ： 1以下。随水灰比增加析水率增大，析水稳定时间缩短。水灰比过大, 水会从浆体中析出或存留在孔隙中, 破坏裂隙中灌注的水泥结石连续性和形成空洞; 而且 , 大水灰比浆液稳定性差, 水携带水泥微细颗粒沿裂隙扩散、水泥颗粒越细、被携带越远, 裂隙被充填的

20、时间也越长而较粗的颗粒会在裂隙的通道上沉淀淤积, 逐渐堵塞通道使得细颗粒也难以通过 , 导致析水回浓。因此采用较小的水灰比注浆, 或采用稳定性好的浆液注浆 , 其注浆效果将明显优于大水灰比浆液, 对超细水泥而言, 其水灰比一般为0. 8 ： 1 1. 0 ： 1 。对超细水泥注浆材料应进行高效减水剂的优选。一般认为注浆时采用大水灰比浆液, 流动性好, 可增大对细微裂缝的可注性。但是从另一方面考虑 , 水灰比大, 水泥浆液沉降快, 浆液不稳定, 容易析水, 可注性并不一定好。性能调节剂的选择和掺量是根据注浆工程的需要来决定的, 这是因为随着水泥颗粒的细化也影响水泥的注浆效果。如流动性降低, 如不

21、采取措施 , 要达到同普通水泥相同的流动性必须增加用水量, 增大水灰比又使浆液稳定性降低; 由于保水性好, 硬化结石的水灰比大, 毛细管孔尺寸大且多 , 影响水泥结石的密实性, 进而影响抗渗和耐蚀等性能; 水泥越细收缩值越大 , 引起结石与基体粘结失效, 因此 , 在制备过程中要加入一些性能调节剂 如膨胀剂、减水剂、速凝剂等, 为防止水化升温过高, 有时也加一些粉煤灰、粒状高炉矿渣和硅粉等掺合物。高效减水剂与水泥的相容性取决于水泥的细度、矿物和化学组成, 高效减水剂的物理化学性质, 尤其是它们的分子量和反离子的类型等。虽然超细水泥中掺入了一些粉煤灰、矿渣等, 但由于其高活性, 水化初期浆温仍很

22、高, 特别是采用高压注浆时, 应采取措施控制浆温。4 结论现在随着超细水泥生产成本的降低和人类环保意识的增强, 超细水泥注浆材料也将在水电、地铁、隧道、修补混凝土中的裂隙等工程中得到更广泛的应用。 尽管超细水泥存在一些不足之处, 但是超细水泥借助于它有良好的可注性 , 价格相对低廉, 经久耐用 , 结石强度高, 对环境无污染等优点, 日益成为“绿色注浆材料”。超细水泥封堵剂研究与应用目前，我国大多数的油田油井出水严重，不同程度的影响了稳产、高产。在油田高含水开发期，存在不同类型的水窜、水害。对于管外窜、套管变形及损坏、层间窜、底水锥进、难卡封的已射开高含水井的封堵，最常用的方法是向采油井或注水

23、井特定井段挤住水泥浆进行永久性封堵或重新射孔来稳油控水，提高采收率。但普通油井水泥颗粒大，不能进入微缝通道，成功率仅为30左右。超细水泥解决了这一难题，在现场应用中成功率达90。超细水泥的特点是粒径小、造浆率高、浆体密度低，渗透性好，在60-90 井温条件下，能够在较长时间内保持可泵性，且在注蒸汽井压力条件下，强度仍很稳定。超细水泥的封堵原理是其浆体呈奶油状，在整个施工过程中一直保持低稠度状态；水泥颗粒粒径小，具有较强的穿透能力和渗透能力，在足够长稠化时间内，处理半径比普通油井水泥大得多。在目的层能快速凝结硬化，固化后的水泥石有微膨胀性，有利于与岩层的胶结及真正起到防窜堵水的作用。因此，它能封

24、堵深部底层的缝隙与孔道、水泥环和岩层间的缝隙、套管和水泥环之间的裂缝及套管环接头处的渗漏部位，成功率比普通油井水泥高。超细水泥灌浆材料的研究与发展灌浆材料按材料性质一般分为两大类: 一类是化学灌浆材料，例如: 甲凝、丙凝、环氧树脂等; 另一类是非化学灌浆材料, 例如 : 水泥、粘土、水泥粘土等。在传统的渗透性灌浆中, 化学浆材由于具有粘度低, 凝结时间易精确控制 , 不受颗粒尺寸效应影响等优点, 较粒状浆材有更广泛的应用范围。但是 ,由于化学浆材或多或少都存在一定的毒性, 易引起环境污染, 其耐久性虽经许多试验仍未十分明确肯定, 费用也远远大于水泥类浆材。水泥作为灌浆材料具有强度高, 耐久性好

25、, 无毒 , 无味 , 材料来源方便, 价格低廉等优点,一般灌浆多采用普通水泥。但普通水泥粒径较大, 粗颗粒多 , 最大粒径可达90 w m100 w m。当水灰比较大时，浆液的稳定性差，易析水回浓，不能有效灌入细微裂隙; 且硬化时伴有析水, 固相体积收缩, 使硬化结石与被灌基体的粘结强度降低, 形成新的渗水通道。特别是针对细微裂隙的灌浆, 普通水泥难满足工程要求，于是一种新型的灌浆材料-超细水泥便应运而生了。1 超细水泥概况自从70年代初日本研制成功MC500型超细水泥以来，由于其浆液稳定性 好，流动性比普通水泥有显着改善，并在固结时很少析水或不析水，具有 良好的防渗固结效果，达到与化学浆液

26、相媲美的可灌性，具结石强度大大高 于化学浆材，无污染，不老化，价格低。目前，关于超细水泥还没有统一标 准，一般以其粒径大小来定义。一般认为，超细水泥最大粒径小于20 w m , 比表面积S大于800 m2 / kg。普通水泥与超细水泥物理性能比较见表 1, 其区别主要表现在颗粒大小与比表面积方面。超细水泥与普通水泥在组成上的主要不同点是在制备过程中加入了一些性能调节剂。性能调节剂的选择和掺量是根据灌浆工程的需要决定的，这是因为随着水泥颗粒的超细化，会产 生一些问题，影响水泥的灌浆效果。表1普通水泥与超细水泥物理性质比较类别平均粒径w m取大粒径m m比表面积m2/kg备注普通水泥1520441

27、00260400适灌缝宽0.2mm超细水泥41010308001600适灌缝宽0.05mm超细水泥的生产原料与普通水泥相同，只是采用超细粉磨技术和设备使具颗粒细化，生产超细水泥灌浆材料的方法有干磨和湿磨2种，目前国内外已有很多厂家能生产超细水泥，如表2。表2国内外超细水泥比较研制单位产品型号平均粒径w m取大粒径m m比表面积m2/kg浙江金华华夏灌浆材料厂MC系列<2.0<8.01600上海洋泾水泥厂U-1型710<30.0>800山东东营辛胜超细水泥厂XS型4151000中国建材研究院改性灌浆水泥630>800长江科学院湿磨超细灌浆水泥410<40.07

28、601000日本MG- 500 型3410.08001270美国MC-100型3.08.01400法国M icrosol<6.010.0>800干磨超细水泥是指直接在水泥厂用超细粉磨设备生产的超细水泥，其设备有超细球磨、振动磨、气流磨等。超细球磨采用多级配小规格研磨介质通过大幅度提高研磨介质与被研磨物料接触面，在相同能耗和时间下，增加物料被研磨的次数，提高研磨效率，最终使物料达到较高的细度。振动磨是 利用介质在作高频振动的筒体内对物料进行冲击、摩擦、剪切等作用使物料粉碎。气流磨粉碎是利用压缩气体通过均匀分布在粉碎室周围并与粉碎室半 径方向成一定角度的喷嘴产生高速气流，使通过加料喷射

29、器连续均匀地进 入粉体室的粉体物料颗粒互相激烈碰撞、摩擦以及粉体室内腔表面碰撞，从而达到超细粉碎的目的。气流磨是目前应用广泛且实现超细粉碎最有效的设备之一。湿磨超细水泥是指在施工现场将预拌的普通水泥浆泵入湿磨机磨 成超细水泥，一般只在一些大型的灌浆工程中使用。湿磨机的种类很多，如日本的湿式微型碾磨机，为球磨机的改进型。我国长江科学院研制的GSM型湿磨机，它是按胶体磨的作用原理设计的，该磨机出料的最大粒径小于 4pm ,已在湖南五强溪、江西万安、湖北隔河岩及三峡等水电工程应用中 取得了良好效果。2超细水泥性能作为灌浆材料，可灌性是一个很重要的性能指标。中、法、德、日、瑞士、 瑞典、美国、加拿大等

30、国的施工实践表明，超细水泥具有与化学浆液大致相 同的渗透能力。水泥浆液的可灌性主要取决于浆液的流动性和粒子的粒径，根据国内外的灌浆经验，水泥粒径与可灌性有如下关系2 : G = b /D95 式中：b - 裂隙宽度，mm; D95 - 95% 的水泥粒子粒径小于该值，区m。 一般认为G > 5时，粒状水泥浆液容易灌入，G < 2 时，粒状水泥浆液难以 灌入。2 . 2 流动性在灌浆材料中，流动性与可灌性密切相关。水泥粒子的细度与吸附水量关系 3 如表3,随着水泥的细化，超细水泥比表面积显着增大，吸附水量增 大，需水量增加，流动性降低，但是高效减水剂的应用能大大降低粒子的 吸附水量，

31、增大浆液的流动性，从而弥补水泥颗粒超细化所带来的不足。表3水泥粒子的细度与吸附水量关系水泥粒子尺寸w m比表面积m2/kg单分子层吸附水的量102200.01123000.10.12200012. 3 稳定性水泥浆液的稳定性是在250m l的量筒中注满浆液，随着时间的延长，用 上部析水高度占整个浆液高度的百分数即析水率来表示的。作为灌浆材料其析水率愈低，析水历时愈长，则浆液的稳定性越高，对灌浆越有利。普通水 泥由于颗粒大，沉降快，稳定性较差。超细水泥由于颗粒细度高，再加上所含 的性能调节剂的综合作用，浆液稳定性有显着提高，反映在析水历时延长，最 终析水率减少。3. 4抗压抗折强度水泥细化后，比

32、表面积增大，水化反应进行的更彻底，抗压和抗渗强度均得 到显着提高，表4为超细水泥灌浆料 MFC - GM与硅酸盐水泥P H 42.5 抗折、抗压强度对比。从表中看出，超细水泥比普通水泥具有更高的强度性表4 MFC-GM与硅酸盐水泥抗折、抗压强度对比/ MPa品种抗析强度抗压强度3d7d28d3d7d28dP n 42.55.06.58.036.041.550.9MFC-GM6.87.98.950.557.068.22. 5膨胀性由于超细水泥的粒径很小, 极容易发生收缩, 为了补偿这种收缩, 一般都加入适量膨胀剂，其28d水泥净浆自由线膨胀量可控制在 0. 12% 0.15%之间 , 使水泥结石

33、后期不收缩, 这对防渗补强是十分有利的, 特别是细微裂隙的灌浆, 可以取得很好的灌浆效果。3 存在的问题3. 1 粉磨技术方面目前 , 虽然有一些厂家生产超细水泥, 但普遍存在规模小, 磨机的粉磨效率低 , 导致生产超细水泥的成本比较高, 成本因素严重制约了超细水泥的发展 , 需要进一步加快粉磨设备和技术的研究和开发。天津院新开发的TCX型超细高效选粉机, 能极大提高生产效率, 降低生产成本。3. 2 浆材的组成、结构与性能关系方面(1) 随着水泥粒径的细化, 其物理力学性能、流变性能、水化性能等均会发生很大的变化, 但目前对超细水泥灌浆材料的性能缺乏系统研究。(2) 目前对浆材的颗粒特性只强

34、调粒径对可灌性的影响, 而忽视了颗粒形貌、级配的作用。1981 年 , 丹麦 A alborg Portland 试验室采用合理的材料颗粒级配、极低的水胶比, 在超塑化剂的作用下首先开发成功的一种孔隙率很低的超高强水泥D SP 5 水泥 , 该水泥含均匀分布超细颗粒的致密系统，其抗压强度可达200MPa300 MPa(3) 目前超细水泥主要由硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥粉磨而成, 虽然有些进行过改性, 但仍属于高钙水泥, 其抗侵蚀能力差, 在与岩石粘结的界面区易造成CH 的择优取向, 界面粘结强度低、空隙率高、抗渗性差。3. 3 材料的品种方面目前应用较多的材料主要是硅酸盐系列超细水泥或者在该类

35、超细水泥中加高效减水剂、膨胀剂等改性材料制成的改性浆材, 品种单一, 没有形成系列产品 , 以适用于各种灌浆条件的需要。例如是否能象MDF M acro -Defect Free Cement 水泥材料, 采用有机和无机材料复合开发出聚合物水泥基灌浆材料, 或者开发出与工业废渣复合的高性能水泥基灌浆材料, 或者开发超细类非硅酸盐系列的无机灌浆材料等。4. 4 实际施工方面由于注浆介质模拟的不确定性与艰难性、注浆材料模拟的困难性、介质结构相似模拟与注浆材料相似模拟的内在联系的不可捉摸性, 导致注浆模拟实验及其技术落后、抑制了注浆理论的发展, 实验结果与实际之间存在较大差异。因此面对各种各样的事实

36、, 需要用经验分析, 我们可以采用" 事实指导注浆 " , 应根据介质结构特征确定注浆材料类型。超细水泥由于其粒径小, 活性高 , 制浆时必须有一台高速搅拌机, 才能使其充分分散, 保证浆液静置时颗粒的沉降速度减慢, 析水率明显降低, 浆液稳定性提高。超细水泥目前主要用于水坝、地基、油井等大型工程中, 其灌浆设备比较复杂, 在比较小的工程中, 如路面、桥面裂缝灌浆处理等, 派不上用场 , 以至于灌浆达不到预期的效果。混凝土的发展方向给我们以启示, 超细水泥灌浆材料也应该朝着绿色、高性能方向发展, 其技术特点应该是: 绿色环保, 无毒 ; 多组分复合; 材料组成颗粒超细化;

37、高可灌性 ; 高耐久性 ; 高体积稳定性, 而且目前应该优先进行以下几方面的研究。(1) 生产技术方面。只有粒子超细化后. 才能提高其渗透能力, 实现浆材的高可灌性。但是同时也应该改进技术, 降低能耗, 以降低超细水泥的成本。(2) 材料复合方面。通过多组分的复合, 以改善浆材的流动性、耐久性、 稳定性 , 这是实现高性能超细水泥灌浆材料开发的关键技术。(3) 水泥品种方面。开发多系列高性能超细灌浆水泥, 以满足不同工程条件的需要。(4) 灌浆设备方面。完善现有的灌浆设备, 开发新型、实用、满足大多灌浆工程的设备。超细水泥在油田开发中的应用摘要 超细水泥是颗粒更加细化了的油井水泥, 粒径为 1

38、0m 左右。 A 级超细水泥通过0.25mm窄小缝隙的通过量达94.6%,而普通G级、H级的油井水泥的通过量仅为15% 左右。细化了的油井水泥, 其水化速度明显加快, 析水量大大减少, 抗压强度提高1 倍 , 抗折强度提高1 倍 , 结石的抗渗性提高14倍。 此外 , 由于比表面积增大, 水化程度提高, 使水泥的利用率成倍提高。实践证明 , 超细水泥能坚固、长久地封堵套管外窜槽, 封堵套管缝洞泄漏, 封堵射孔孔眼, 封堵井间大孔道蒸汽窜、水窜 , 封堵边、 底水推进 , 施工有效率达 90% 以上。0 引 言据SPE的文章报道，在美国，大约有95%勺堵水作业是用挤水泥的方法实施的 , 通常只有

39、大约30%的成功率, 原因是普通标准水泥的粒径太大, 进入不了较小的缝隙。 另据报道 , 在超细水泥问世后的最初9 个月 , 有 20 多家作业公司在15 个油气田上进行了上百次试验, 根据 81 次作业的统计表明成功率达94%胜利石油管理局现河采油厂对超细水泥在油田开发中的应用，在1993年开始立项研究，进行了充分的室内研究和性能检测，进行了 150多 井次的现场试验，这些试验分别在胜利油田的现河采油厂、滨南采油厂、胜 利采油厂、江汉油田的清河采油厂、中原油田的采油四厂进行，成功率达到国外先进水平。研究成果于1996年2月6日通过了胜利石油管理局的验收， 1997年12月15日通过了中国石油

40、天然气总公司的鉴定。1超细水泥的室内研究超细水泥是经再次粉碎细化了的油井水泥，细化后，其物理性能得到了 改善和提高。1. 1 粒径及比表面积分析目前，已经生产出的超细水泥产品，具粒径指标达到了国外同类产品的 水平。表1是超细水泥与普通油井水泥的粒径分析对比和比表面积分析对比 表。从表中可见，超细水泥的最大粒径为2035 pm,普通水泥的最大粒径 为90 w m;超细水泥中有90姒上的颗粒粒径小于10.521.4 口 m,而普通水 泥有50%勺粒径大于21m;超细水泥的比表面积是普通水泥的 23倍。表1超细水泥与普通油井水泥粒径及比表面积对比水超细SPSC-A超细SPSC-B普通G级油井泥水泥类

41、型粒最大粒径w 20.0"m取人粒径w 35.0(1 m取人粒径w径90%以上的粒径w 10.590%以上的粒径w 21.4 pm90.0 w m分1 m50%以上的粒径w 10.2 pm90%以上的粒析50%以上的粒径w 6.010%以上的粒径w 4.2"m径 V 53 w m1 m50%以上的粒10%以上的粒径w 3.2径 w 21 w m1 m比9000 m2/kg65000 m2/kg3300 m2/kg表面积1.2 水化速度以常用的 级油井水泥为例，不同的粒径，其水化速度 是不同的。粒径小于10pm,其水化速度最快；粒径为1130pm,水化速度 中等；粒径为609

42、0 pm,水化速度缓慢；当粒径大于90 m时，只在表面 水化。超细水泥的粒径绝大部分在 1020 w m,所以水化速度也最快。1. 3水泥利用率由于水泥的粒径越小，比表面积和水化程度就越大，从而使水泥利用 率也越高。据测定，当比表面积为3000cm2/kg时,水泥利用率为44%;比表 面积为7000cm2/01,利用率为80%;比表面积为10000cm2/kg时，利用率为 90%95%从表1的数据可知，超细水泥的利用率比普通水泥约高 1倍。1.4 通过窄缝的能力 在同样的条件下，压力0. 63MPa,缝宽0.25mm,室温23.9 C ,比较超细水泥浆和普通油井水泥浆通过窄缝的能力，室内试验结

43、果见表2。从表2 可见，超细水泥的A级和B级产品，通过0.25窄缝的体积分别为95溢右和 50溢右，而普通级、级水泥通过的体积只有15% 左右。这说明，水泥粒径越小，越易进入彳细缝孔，提高封堵效果。表2水泥浆通过0. 25mm窄 缝的能力对比样品号水泥型号添加剂水泥浆体积通过的体积通过百分比通过前后密度(cm3/kg)体积(%)重量(%)前后1SPSC-B1351037682.01.381.332SPSC-B137735352.61.501.443SPSC-B2%低虑失剂140604343.61.441.434SPSC-A1401349693.61.441.435SPSC-A1%分散剂1401

44、389997.41.441.446SPSC-A1%分散剂1401379896.71.441.437普通G级140231616.31.891.848普通H级140191412.21.961.92用同样的试验方法，对0.15mm的窄缝作通过能力试验，结果，超细水 泥的A级产品的通过量达90%以上,B级产品的通过量为40%fc右，而普通 水泥H级的通过量为0。1. 5水泥浆析水量分析在100mL量筒中装入不同水灰比（W/ C）的水泥浆，高速搅拌（转速为 1400r/ min）,搅拌34min,观察水泥浆随时间离析的程度。沉降分离出来 的上清液占整个量筒体积的百分数定为析水率，实验结果见图1,实验温度

45、 为70C。由图可见，水灰比为1 ： 1的A级超细水泥析水率接近0,水灰 比同为2 ： 1的 级超细水泥比G级普通水泥的析水率小约1倍。1.6 水泥结石强度测定水泥结石强度的测定请天津大学建筑材料试验室协助完成。试验条件为常温、常压，凝固时间分别为3d、7d、18d,试验结果见表3。超细水泥的抗压 强度和抗折强度均比普通水泥高 1倍。表3水泥结石的抗压、抗折强度试验结果样品水灰比抗压强度 （MPa抗折强度（MPa3d7d8d3d7d8d超细水泥A级0.714.018.723.63.03.43.9普通水泥G级0.76.99.611.21.41.72.01. 7 水泥结石的抗渗性能测定水泥结石的抗

46、渗性能测定委托中国石油天然气总公司北京勘探开发研 究院地质所完成。试验样品是常温常压下凝固72h的相同尺寸的水泥结石，试验结果见表4。由表4可见,A级超细水泥具有优良的抗渗性能，其渗水压 力是普通G级水泥的15倍。分析其原因是由于超细水泥颗粒小，水泥颗粒 与水的接触面大，提高了水化程度，使水泥结石内部的极小空隙变为不连通 从而大大提高了结石的抗渗性能。表4相同水灰比的几种水泥结石抗渗性能水灰比渗水压力（MPaA级净超细水泥0.70>1.52水泥石：英粉二75: 250.70>1.48G级普通水泥0.70<0.102封堵技术原理当固井水泥环本身与套管接触的第一界面，或与地层接触

47、的第二界面存在 缝隙，油层套管的某一段存在微缝孔，分层开采油气井的某一段严重水淹 失去开采价值，油水层之间的薄夹层抵抗不住射孔振动或层间压力差作用 而窜通时,最有效的方法是挤入油井水泥进行永久性封堵。普通油井水泥的颗粒90%以上大于53林m,相当一部分大于90林m,所以极难进入微小缝孔。超细水泥的最大粒径为 20 pm,且50%以上的粒径小于6 wm,它能够进入0.15mm以上的微细缝孔，从而达到封堵的目的。此外，油 井水泥还具有遇油不凝固的特性，所以它还具有选择性堵水的功能。超细水泥用于油田堵水技术摘要 : 对超细水泥的粒度分布及在45 下的初、终凝时间和抗压强度、变性、稳定性进行了实验研究

48、, 指出超细水泥粒度小、稳定性高、塑性粘度及动切力低, 可用于现场堵水、报废油层作业; 为满足现场要求, 必须加入相配伍的缓凝剂, 并控制初、终凝时间在4 10 h 之内 ; 超细水泥用于堵水作业的最佳配比为1.3: 1.0 的水泥浆 + 2%的添加剂。最后, 介绍了现场应用情况。G 级油井水泥用于油田作业已有近百年的历史, 但由于其颗粒粒径较大(100 150Wm),限制了它在油田生产中需要的油井堵水、封串、报废油层以及钻井时套管固井质量不好井的封漏、封串等特殊作业中的应用, 例如不能穿透04 mm 的裂缝和小于20 目的砾石充填层。通过调整G 级水泥熟料的化学组成和物理性能, 可以生产出一

49、种新型的油井水泥! 超细水泥。超细水泥平均粒径小于 5m,最大不超过10区m,能够渗入到常规水泥达不到的区域。应用超细水泥进行现场堵水作业, 效果较好。1 室内实验1.1 主要试剂、仪器及方法试剂 : 超细水泥 , 添加剂 ( 中国建筑材料研究院水泥所提供) 。仪器 : 高速搅拌器, 恒温搅拌器, 恒应力加荷全自动压力试验机, 高温、高压流动实验仪, 增压养护釜, 高温、高压失水仪, 六速旋转粘度计等。方法 : 性能测试按API Spec10 “油井水泥浆材料和试验规范”进行。测定超细水泥颗粒、不同水灰比下流动度与析水量的变化、流变性、不同添加剂下水泥浆性能、温度对初凝时间的影响。1.2 室内

50、实验结果与分析1.2.1 超细水泥粒度分析分别用天平称取20 g超细水泥倒入10 m和5m的筛子内，振动并用水缓冲， 取筛中剩余物烘干，称重，实验数据见表1。从中可见，超细水泥中81%的颗 粒直径小于5m, 91%的颗粒直径小于10 p m,粒度分布范围比较窄，主要 集中在5 II m一下。表1超细水泥粒度分析粒径/ m m>10510<5重量/g1.82.016.2含量/%910811.2.2 不同水灰比下流动度与析水量的变化按API标准测定超细水泥在45c下的流动度及析水量如表2所示。当水灰 比小于15 : 10时，析水量较少，超细水泥具有较强的稳定性。同时，超 细水泥流动度较

51、高，流动性能较好，可以满足现场施工的要求。表2不同水灰比下流动度与析水量水灰比0.71.01.31.51.72.0流动度/ cm25.426.327.528.930.036.7析水量/ ml002.54.99.515.51.2.3 流变性超细水泥流变性用旋转粘度计按 API标准进行。按照宾汉模式计算在不同 水灰比下水泥浆的塑性粘度和动切力（表3）。当水灰比大于10时，超细水 泥浆塑性粘度小、动切力小。表3超细水泥浆流变性实验数据水灰比600/格300/格塑性粘度/(MPa s)动切力/ Pa0.762548231.0251966.51.59.55.54.00.72.08.54.44.10.2综

52、上所述，超细水泥浆水灰比一般可控制在 13 : 10。止匕时，水泥浆具有较高 的稳定性和较好的流变性。1.2.4 不同添加剂下水泥浆性能的测定确定水泥浆的水灰比为13: 10,养护温度为45c。加入不同的添加剂后， 按照API标准测定水泥浆的初、终凝时间，养护24 h后的抗压强度如表 4所示。从中可见，所用的添加剂为一种缓凝剂，随添加剂添加量的增加，初、 终凝时间可明显延长。当添加量为20%t 初凝时间约为5h,可以满足现场 注入要求。表4超细水泥初、终凝时间和抗压强度添加剂/%00.51.01.52.0初凝时间/ min70105159226300终凝时间/ min125157201267334抗压强度/ MPa4.724.594.484.374.211.2.5 温度对初凝时间的影响在不同的温度下考察了超细水泥浆的初凝时间，结果见表5。实验条件是水灰比为13: 10，添加剂添加量为20%表5温度对初凝时间的影响温度/C3540455055初凝时间/min720480300240180温度越高，初凝时间越短。对于不同的温度