毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

我国现阶段陆上常规油气田大多数处于开采后期，随着常规原油受到储量增长的限制，开采稠油油藏显得更加重要。稠油粘度高，密度大，在地层中流动阻力大，所以稠油油藏开采时驱替效率低，采用常规开采方式开采效率低。因此如何有效开采稠油。使其成为可动用储量，是石油工业一直面临的问题。稠油粘度虽高，但对温度极为敏感，每增加10℃，粘度即下降约一半。依国际通用的ASTM标准，中国许多稠油油田的稠油粘温曲线呈斜直线状，斜率几乎一样。这说明稠油对加热降粘的规律性是一致的，这也是稠油热采的主要机理。热力采油作为目前稠油开发的主要手段，能够有效升高油层温度，降低稠油粘度，使稠油易于流动，从而将稠油采出。稠油热采是目前世界上规模最大的提高原油采收率工程项目，该技术自问世以来，已经有了突飞猛进的发展，形成了以蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD、热水驱、火烧油层、电磁加热等技术为代表的技术框架。

热采稠油井的固井必须适应和满足蒸汽吞吐及蒸汽驱开采的方式，在注蒸汽期间井下套管水泥往往要承受高达300℃以上的温度。热采井水泥石在高温条件下，产生强度衰退；热应力导致水泥环产生破坏，层间封隔失效，引起套损。因此稠油热采井固井水泥浆应具有普通油井水泥浆不具备的特点：在低温下快速凝结，防止候凝过程中的环空窜流，形成封隔性能良好的优质水泥环；在生产过程中，水泥石要具有长期的抗高温强度衰退性能，水泥环不发生破坏。普通油井水泥难以满足上述稠油热采井固井的要求。

硅粉作为一种外掺料，能够提高硅酸盐油井水泥的热稳定性。当水泥中掺入SiO₂后，SiO₂一方面吸收水泥水化时析出的Ca(OH)₂，降低液相中Ca² 的浓度，打破 C₂SH₂或C₂SH(A)等高钙水化硅酸盐的水化平衡；同时与水泥中的γ-C2SH反应生成纤维状的低硅钙酸盐，托勃莫来石(C₅S₆H) 和硬硅钙石(C₆S₆H)，这两种单体的强度可达32 MPa以上，因此提高了硅酸盐水泥在高温下的强度和热稳定性。

然而，随着开采难度和井下情况的复杂化程度的增加，固井难度不断加大，传统的加砂油井水泥体系已难以满足特殊工艺要求。因此关于特种非硅酸盐水泥浆体系的研究将是重点，其水化机理和在固井作业中的适用性应用将是稠油热采新的方向。

地质聚合物是J.Davidovits在70年代末开发的，并将它取名为Geopolymer。地质聚合物具有传统水泥所不具备的优异性能：如早强快硬、体积稳定性好、耐化学腐蚀、界面结合力强、抗渗性好、耐高温性好、耐久性好、可自调温调湿等，同时具有原材料丰富、价格低廉、工艺简单、节约能源等优点，在建筑材料、高强材料、固核固废材料、密封材料和耐高温材料等方面显示出广阔的应用前景，已成为世界各国关注的热点。地质聚合物与传统波特兰水泥的本质区别是: 前者是无定形的碱铝硅酸盐凝胶，具有类似沸石的三维网状结构，后者的主要水化产物是C-S-H和Ca(OH)₂，主要靠氢键结合。

自20世纪80年代以来，地质聚合物的研究获得了较大的进展。硅铝原料从高岭土扩展到火山浮石、粉煤灰、矿物废渣、烧粘土等4大类；碱激活剂方面除了氢氧化钠以外，碱金属的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氟化物、硅酸盐和铝硅酸盐等都可以作为反应的激活剂，丰富了碱激活剂的种类。地聚合反应分为三个阶段：①在强碱作用下铝硅酸盐溶解；②铝氧四面体和硅氧四面体缩聚，体系凝胶化；③凝胶结构重整、聚合、体系硬化。

G级油井水泥作为国内最常用的固井材料，与外加剂有良好的配伍性，掺入相应的各种外加剂后，可广泛用于不同井深和井温的油气井固井作业。水泥水化过程中产生的收缩是导致固井过程中出现环空窜流的主要原因，水泥环界面存在0.01mm微间隙就可发生气窜，微间隙为0.05~0.07mm时，则会导致固井质量不合格，掺入适量的膨胀剂可降低环空窜流发生的概率。地聚物体系固井材料相对于传统加砂油井水泥，其收缩更为明显。因此本课题选用TL-2水泥膨胀性测定仪，选择适合该体系的膨胀剂及其掺量，确保满足固井材料不收缩、微膨胀的要求。

传统热采井固井材料一般选用铝酸盐水泥、磷酸盐水泥、加砂硅酸盐水泥等体系。但从现场生产情况来看，水泥石在长期高温湿热环境中，抗压强度出现衰退，渗透率增大，耐高温稳定性变差，导致套管损坏和层间封隔失效，严重影响稠油井的开采安全和大大缩短了油井的生产寿命。因此亟需寻找一种替代传统水泥的固井新型材料，来满足国内稠油热采井固井的要求。通过查阅大量文献后发现，通过碱激发的方法制备用于热采井固井材料还鲜有报道。本文针对碱激发地聚物高温下强度衰退率低，抗酸碱腐蚀性能好，环保且成本低的特点展开研究，初步研制出一种满足油井水泥基本性能，适用于热采井高温湿热条件，高温后强度保有率高于传统加砂水泥的碱激发地聚物固井材料。

我国有着丰富的稠油资源，主要分布在辽河油田、新疆油田、胜利油田、河南油田等^[1]。目前，国内稠油开采主要以热力采油为主，通过向稠油层注入高达300～350℃蒸汽，降低稠油粘度，达到提高稠油采收率的目的。固井水泥环在稠油开采过程中主要起到支撑和悬挂套管，保护井壁，封堵地层流体，防止层间窜流，提高油井的生产寿命的作用。在热力采油过程中，水泥石需要在高达300～350℃蒸汽环境下服役。此外井筒将反复多周期经受蒸汽产生的高温，这就对水泥环的稳定性和致密性提出了更高的要求^[2-4]。综上热采井固井材料一方面要求其具有较高的高温后抗压强度；另一方面要求高温后细微裂纹少，具有较低的渗透率。