高強(qiáng)度低密度水泥石的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能

劉慧婷，付家文，叢 謐，陳藝鑫,3，李志芳

(1.中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司，北京 102206； 2.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司第二固井分公司，天津 300280；3.中國(guó)石油大學(xué)(北京)理學(xué)院，北京 102249)

0 引 言

隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)向更深、更復(fù)雜的領(lǐng)域發(fā)展，鉆井過(guò)程中經(jīng)常會(huì)鉆遇低壓易漏失層，須采用低密度水泥漿固井，以降低注水泥過(guò)程中的環(huán)空液注壓力[1]。針對(duì)低密度水泥漿由于提高水灰比或者摻入大量低密度填充材料而導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度較低的問(wèn)題，常采用固井材料之間的緊密堆積設(shè)計(jì)來(lái)提高低密度水泥石的強(qiáng)度[2]。于永金等[3]通過(guò)緊密堆積設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的1.20～1.50 g/cm3低密度高強(qiáng)度水泥漿體系24 h抗壓強(qiáng)度高于10 MPa。羅楊等[4]設(shè)計(jì)的1.15 g/cm3超低密度水泥漿90 ℃時(shí)的24 h抗壓強(qiáng)度達(dá)12 MPa。雖然通過(guò)緊密堆積設(shè)計(jì)對(duì)于提高水泥石的強(qiáng)度具有較好的效果，但具體增強(qiáng)機(jī)理并不清楚。水泥石的宏觀性能由其微觀結(jié)構(gòu)和性能決定，通過(guò)借助先進(jìn)的儀器手段分析低密度水泥石的微觀結(jié)構(gòu)和性能，對(duì)探明緊密堆積提高低密度水泥石強(qiáng)度的作用機(jī)理具有重要意義。

納米壓痕技術(shù)是在傳統(tǒng)的布氏和維氏硬度試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新興測(cè)試方法，可以實(shí)現(xiàn)從微納米尺度測(cè)試水泥石的壓痕模量、壓痕硬度等微觀力學(xué)參數(shù)，近年來(lái)常用于混凝土領(lǐng)域分析水泥石的微觀力學(xué)性能，在固井領(lǐng)域較少應(yīng)用。本文以未經(jīng)緊密堆積設(shè)計(jì)的常規(guī)低密度水泥石和經(jīng)過(guò)緊密堆積設(shè)計(jì)的高強(qiáng)度低密度水泥石為研究對(duì)象，通過(guò)納米壓痕技術(shù)分析水泥石的微觀力學(xué)參數(shù)，結(jié)合掃描電鏡、壓汞儀等分析水泥石的微觀結(jié)構(gòu)，以期解釋緊密堆積設(shè)計(jì)提高低密度水泥石強(qiáng)度的微觀作用機(jī)理。……