固井研究下的纳米材料论文范文

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一、结果与分析

表1是纳米二氧化硅对抗压强度的影响。为了体现纳米二氧化硅的优势，用微米二氧化硅作对比试验。从表1可以看出每添加0.2gal/sk的纳米二氧化硅，强度形成速率就会从172psi/hr增大到460psi/hr。从抗压强度—时间图的线性部分可以计算强度形成速率。不含纳米二氧化硅的成分称为控体，水泥复合材料的最终强度是控体或控体中加微米二氧化硅的三倍。与控体相比，含有纳米二氧化硅的水泥浆的流变性能略高，但仍可浇注和泵送。

通常情况下，水泥浆中含有不同的添加剂，其大小一般是微米级。添加少量的纳米二氧化硅不能显著影响其力学性质，因为一旦这些粒子聚集在一起就不能达到预期的效果。在搅拌水泥浆的过程中，向其中加入纳米二氧化硅、胶体和水。由于都是纳米级物质—纳米二氧化硅颗粒和胶体颗粒有可能结合在一起，将有利于提高早期强度。

油井水泥主要包括四种固相：C3A，C4AF，C3S和C2S。其中C3A，C4AF控制水泥的流变和凝胶过程，C3S和C2S控制水泥的抗压强度。C3S和C2S与水相互作用时，它们形成C-S-H凝胶、CH（氢氧化钙）。C-S-H凝胶作为水泥粘结剂，能巩固水泥基体，提高水泥强度，加入纳米二氧化硅能加速C-S-H胶结，加速获得早期强度。此外在固相颗粒发生化学反应之前，二氧化硅颗粒很细小能填充到固相颗粒中，使其成为稠密的固体基质。

H级优质水泥，消泡剂0.05gal/sk，稳定剂0.2gal/sk，分散剂0.143gal/sk，密度16.4lbm/gal，收益率1.1ft3/sk纳米二氧化硅与其它添加剂形成协同作用，不会干扰其它添加剂的作用。按照稠化时间和泵入时间调整缓凝剂的量，能改进其力学性能。在泵入时间相近（一种大约6-7小时，另一种大约10-11小时），通过改变缓凝剂和纳米二氧化硅的量，设计了两种不同的水泥浆。从这两种情况中可看出有含有纳米二氧化硅的水泥浆较控体水泥浆能形成较高的早期强度和较高的最终强度。

纳米材料对漏失量的影响。单独使用纳米材料时可以减少漏失量，与传统防漏失剂配合使用时，表现为协同作用，也能辅助减少漏失量。这可能是因为它能填充水泥颗粒中的小缝隙。此外，研究结果还表明纳米二氧化硅用量一定时，各种温度下纳米二氧化硅的强度都有所改善，并且这种性能不会随温度改变。由于不受温度影响，使得这种材料能适应各种水泥浆设计方案和现场情况。

二、结论

以下是本文的结论1.添加纳米二氧化硅能改善水泥的力学性能，尤其是抗压强度。2.添加纳米二氧化硅也能提高水泥早期抗压强度，节省钻井时间，减少钻井成本。3.纳米材料在一定程度上有助于减少滤失量。4.纳米材料温度适用范围广，可适用于不同的设计方案和现场条件。5.由于协同作用，纳米材料很容易和其他水泥浆添加剂组合以达到所需性能。

作者：吕会强单位：胜利油田黄河钻井固井公司