环氧树脂乳液改性油井水泥的性能研究

摘要

随着油气井勘探领域的不断扩展和深入，油井水泥脆性较大的弊端越来越明显，在复杂的压力和温度条件下，水泥石容易产生裂缝从而造成强度损失，甚至会进一步导致水泥环的完整性失效，对油气井的安全生产有着严重的危害．为克服油井水泥的脆性，聚合物乳液因其能有效改善水泥的韧性、保水性而得到广泛应用．针对深井、超深井高温高压固井需求，制备了水性环氧树脂乳液改性水泥，并对其流变性能、稠化性能、抗折抗压强度和弹性模量等应用性能进行了研究，同时利用X射线衍射(XRD)、固体核磁共振(NMR)和热失重(TG)等表征手段探究了环氧树脂乳液体系在水泥中的作用机理．结果表明，环氧树脂乳液的加入改善了水泥浆的静态滤失性能，对水泥浆的流变性能和稠化行为没有负面影响．改性水泥石的抗折强度显著提高，尤其是当环氧树脂乳液掺量为15%时，90℃养护7 d、14 d和28 d的水泥抗折强度分别提高了25%、111%和100%．同时，与空白试样相比，环氧树脂乳液掺量为5%、15%和20%的水泥弹性模量分别降低了39.4%、42.8%和58.1%．环氧树脂乳液不会改变水泥的水化产物，只会在水泥水化早期起到一定的延缓和阻碍作用；环氧树脂在水泥基体中发生固化交联反应，在水泥水化过程中水化产物之间形成了联结，从而提高了水泥石的抗折性能，降低了水泥石的弹性模量．

关键词

环氧树脂乳液 / 增韧 / 油井水泥 / 水化产物

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52204010); 天津市自然科学基金资助项目(21JCQNJC00700); 中国博士后科学基金资助项目(2021M692391,2020TQ0221); 中国石油天然气集团公司关键技术研究专项(2020A-3913)