西藏高溫地熱井低密度固井水泥研究
近年來，為緩解西藏地區電力供需矛盾，相關部門逐步加快西藏羊易地熱田勘探開發腳步。西藏羊易地熱田是我國大陸目前探明的溫度高的地熱田之一，前期勘探資料顯示高溫地熱資源區井底循環溫度高可達200℃。高溫地熱井具有地層溫度高、破裂壓力低等特點，容易造成水泥石抗壓強度衰退，水泥漿稠化時間縮短、失水量增大、水泥漿嚴重漏失，嚴重影響固井施工安全及固井質量。因此，亟需開發出一套抗高溫低密度地熱水泥體系，從而提高高溫地熱井固井質量，保證地熱發電站長期安全地連續運轉。本文在詳細調研國內外相關文獻基礎上，通過室內實驗開展了以下研究：分別選用膨潤土、粉煤灰和漂珠作為減輕劑，加入摻有硅粉的水泥組成低密度水泥體系，評價了膨潤土、粉煤灰和漂珠三種低密度水泥體系在120℃、21MPa水熱條件下的24h抗壓強度；為改善漂珠低密度水泥體系穩定性，通過顆粒級配優化優選出具有火山灰活性的超細微硅材料作為增強劑，形成一套增強型漂珠低密度水泥體系，與膨潤土和粉煤灰低密度水泥體系共同組成一套密度在1.41.6g/cm3范圍內可調的低密度水泥體系；根據西藏羊易高溫地熱井井深和井溫特點，結合配套緩凝劑和降濾失劑優選分別測定了高溫地熱井低密度水泥體系的稠化性能、抗壓強度、失水特性、游離液和沉降穩定性等常規性能；采用X射線衍射和掃描電鏡等現代分析手段，分別研究了三種不同低密度水泥體系的水化產物和水泥石微觀形貌，進一步闡述了宏觀力學性能和物相組成及微觀結構之間的關系。實驗結果表明高溫地熱井低密度水泥體系具有抗壓強度高，稠化時間可調，游離液和失水量小，漿體穩定性能好等優點，能夠滿足高溫地熱井固井施工及質量要求。通過水泥石物相分析和微觀結構觀察，200℃、21MPa水熱條件下低密度水泥漿硬化24h的主要水化產物為無定形低堿度水化硅酸鈣(Ca6Si6O18·2H2O)、纖維、葉片或卷鉑狀托勃莫來石(Ca6Si6O17（OH）2)和葉片狀硬硅鈣石(Ca5（OH）2Si6O16·4H2O)，從微觀機理角度進一步驗證了粉煤灰低密度水泥石和增強型漂珠低密度水泥石抗壓強度及致密性均優于膨潤土低密度水泥石，對于高溫地熱井低密度水泥體系設計具有一定指導意義。