西藏高温地热井低密度固井水泥研究
近年来，为缓解西藏地区电力供需矛盾，相关部门逐步加快西藏羊易地热田勘探开发脚步。西藏羊易地热田是我国大陆目前探明的温度高的地热田之一，前期勘探资料显示高温地热资源区井底循环温度高可达200℃。高温地热井具有地层温度高、破裂压力低等特点，容易造成水泥石抗压强度衰退，水泥浆稠化时间缩短、失水量增大、水泥浆严重漏失，严重影响固井施工安全及固井质量。因此，亟需开发出一套抗高温低密度地热水泥体系，从而提高高温地热井固井质量，保证地热发电站长期安全地连续运转。本文在详细调研国内外相关文献基础上，通过室内实验开展了以下研究：分别选用膨润土、粉煤灰和漂珠作为减轻剂，加入掺有硅粉的水泥组成低密度水泥体系，评价了膨润土、粉煤灰和漂珠三种低密度水泥体系在120℃、21MPa水热条件下的24h抗压强度；为改善漂珠低密度水泥体系稳定性，通过颗粒级配优化优选出具有火山灰活性的超细微硅材料作为增强剂，形成一套增强型漂珠低密度水泥体系，与膨润土和粉煤灰低密度水泥体系共同组成一套密度在1.41.6g/cm3范围内可调的低密度水泥体系；根据西藏羊易高温地热井井深和井温特点，结合配套缓凝剂和降滤失剂优选分别测定了高温地热井低密度水泥体系的稠化性能、抗压强度、失水特性、游离液和沉降稳定性等常规性能；采用X射线衍射和扫描电镜等现代分析手段，分别研究了三种不同低密度水泥体系的水化产物和水泥石微观形貌，进一步阐述了宏观力学性能和物相组成及微观结构之间的关系。实验结果表明高温地热井低密度水泥体系具有抗压强度高，稠化时间可调，游离液和失水量小，浆体稳定性能好等优点，能够满足高温地热井固井施工及质量要求。通过水泥石物相分析和微观结构观察，200℃、21MPa水热条件下低密度水泥浆硬化24h的主要水化产物为无定形低碱度水化硅酸钙(Ca6Si6O18·2H2O)、纤维、叶片或卷铂状托勃莫来石(Ca6Si6O17（OH）2)和叶片状硬硅钙石(Ca5（OH）2Si6O16·4H2O)，从微观机理角度进一步验证了粉煤灰低密度水泥石和增强型漂珠低密度水泥石抗压强度及致密性均优于膨润土低密度水泥石，对于高温地热井低密度水泥体系设计具有一定指导意义。
