石油是一种不可再生资源,而经济高速发展带来的需求加剧了石油供需矛盾。如何提高原油采收率,缓解日益迫近的石油危机,是世界各国石油工程界急需解决的问题。目前国内大多数油田已进入注水开发后期,油气井出水严重,导致注水效率低下,开采成本提高,限制了原油采收率的提高。高产水期对油井堵水材料提出了高强、高效、高选择性和耐盐耐温等要求。生态友好、封堵强度高的无机材料是堵剂研究发展的一个重要方向,油基水泥浆就是这样一种优良的选择性堵水材料。但国内外对油基水泥堵水材料的研究不多,对油基水泥浆水化机理的研究就更少,因此有必要对其进行系统的研究。 本文将石油工程学科和材料科学工程学科相结合,通过对油基水泥浆润湿分散剂的筛选和复配、油基水泥浆液态和固态性能的研究,从材料学角度详细探讨了油基水泥浆选择性堵水材料的组成与其性能的关系。 配制悬浮稳定性好、流动性适中的油基水泥浆是进行油基水泥浆选择性堵水作业的基础环节,而油基水泥浆是亲水性水泥颗粒在油相中的分散悬浮体系,从体系稳定的角度出发,应该选择亲油性较强的W/O型表面活性剂,但作为选择性堵剂,油基水泥浆需要能在水层发生润湿反转,所以需要选择增溶性的O/W型表面活性剂。因此,合理平衡润湿分散剂的亲水亲油特性是配制油基水泥浆的关键。 受表面活性剂和温度的影响,油基水泥浆的流动度、悬浮稳定性和油水置换效率直接影响油基水泥浆液态和固态性能。同时,三者还存在一定的相互制约,因此,合理协调三者的关系,达到综合性能最优是选择润湿分散剂的难点。 在对常用润湿分散剂基本性能考察的基础上,通过对油基水泥浆液态和固态性能的综合分析,确定了以非离子表面活性剂为主剂,辅以其它助剂,代号为OBS16的润湿分散剂。使用其配制的油基水泥浆,室温下油水置换效率最高达到70%。其它液态性能,如流动度和悬浮稳定性等,也达到了选择性堵水的技术要求。 油基水泥浆在与水接触后形成坚硬的水泥石,其抗压强度是决定油基水泥浆封堵强度的关键,也是本课题研究的重点。研究采用静态法和均混法制备油基水泥石,评价结果表明:均混法更为科学合理,测试数据稳定,试验周期短,确定其为制备油基水泥石的标准方法。配制的油基水泥浆能在较宽的水浆比范围内硬化形成水泥石,当水浆比在0.20～0.30的范围内,硬化水泥石的抗压强度最高。 为提高油基水泥浆体的封堵强度,研究了外加剂对油基水泥石抗压强度的影响,发现常规的水泥促凝剂增强效果不佳,而缓凝剂对后期强度增强效果明显。充填剂硅灰单独使用时增强效果差,与FeCl₃复合使用时,因降低了浆体大孔比