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纳米SiO2溶胶对高温加砂油井水泥石强度作用规律及机制

         

摘要

测试高温(150°C,20.7 MPa)下纳米SiO2溶胶对加砂油井水泥石抗压强度的影响,分析纳米SiO2溶胶水化产物类型、形貌、微观结构以及作用机制.结果表明:高温下纳米SiO2对加砂油井水泥石有多种作用机制,质量分数在1%~2%时,纳米SiO2主要吸附在水泥颗粒表面,影响水泥正常水化,降低加砂水泥石强度;质量分数为3%~8%时,纳米SiO2通过晶核作用诱导水化产物多点生长,改善水化产物微观结构,同时游离纳米SiO2颗粒以不同团聚体形式充填在不同尺度水化产物孔隙中,提高水泥石致密度,保证加砂水泥石高温强度发展与维持;质量分数超过10%时,大量纳米SiO2吸附在水泥颗粒表面并与Ca(OH)2反应生成CSH凝胶覆盖层,纳米SiO2团聚作用更显著且生成大颗粒聚集体不再具有填充效应,使水泥石微观结构遭到破坏,加砂水泥石强度大幅度降低;在高温固井水泥浆设计中,须确定合理的纳米SiO2加量,纳米SiO2才能通过晶核作用、填充效应等改善水泥石微观结构,有效阻止加砂油井水泥石高温强度衰退.

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