油井水泥膨脹劑檢測項目及技術要點

一、物理性能檢測

1. 膨脹率測定

• 重要性：膨脹率是衡量膨脹劑性能的核心指標，直接決定其能否有效補償水泥硬化收縮。
• 測試方法：
  • 采用水泥漿線性膨脹率試驗（如ASTM C151標準），通過測量水泥試件在特定溫度、壓力下的長度變化。
  • 檢測不同齡期（24h、7d、28d）的膨脹率，評估其早期和長期效果。
• 判定標準：通常要求膨脹率在0.05%~0.15%范圍內，過高可能導致水泥石開裂，過低則無法補償收縮。

2. 凝結時間

• 目的：確保膨脹劑不影響水泥漿的正常凝結過程。
• 測試流程：
  • 采用稠化時間試驗儀模擬井下溫度、壓力條件，測定水泥漿的初凝和終凝時間。
  • 對比添加膨脹劑前后水泥漿的凝結時間差異。
• 要求：膨脹劑的加入不應顯著縮短或延長水泥漿的凝結時間。

3. 抗壓強度

• 意義：膨脹劑的加入需保證水泥石的力學強度滿足固井要求。
• 檢測步驟：
  • 制備含膨脹劑的水泥石試塊，在養護箱中按API規范養護（如60℃、21MPa）。
  • 使用壓力試驗機測試不同齡期（24h、7d、28d）的抗壓強度。
• 標準：水泥石抗壓強度應不低于行業標準（如API 10A）。

二、化學成分分析

1. 主成分含量檢測

• 目標組分：氧化鈣（CaO）、硫鋁酸鈣（CSA）、石膏（CaSO?）等膨脹活性物質。
• 檢測方法：
  • X射線熒光光譜（XRF）或化學滴定法測定主成分含量。
  • 通過X射線衍射（XRD）分析礦物組成。

2. 有害雜質控制

• 氯離子（Cl?）含量：
  • 采用硝酸銀滴定法或離子色譜法檢測，避免Cl?引發套管腐蝕。
• 堿含量（Na?O+K?O）：
  • 火焰光度法測定，防止堿-骨料反應導致水泥石劣化。

三、熱穩定性測試

1. 高溫膨脹性能

• 模擬條件：根據目標井的井下溫度（如60℃~200℃），測試膨脹劑在不同溫度下的膨脹率和強度發展。
• 設備：高溫高壓養護釜（HPHT釜）配合膨脹率測定儀。

2. 溫度循環適應性

• 試驗設計：反復升降溫（如20℃↔150℃）后，觀察水泥石是否出現開裂或剝落。

四、相容性測試

1. 與水泥漿的配伍性

• 檢測添加膨脹劑后水泥漿的流變性、游離液量、沉降穩定性等參數。
• 重點評估與降失水劑、緩凝劑等其他外加劑的協同效應。

2. 與地層流體的反應性

• 模擬井下環境（如CO?、H?S酸性環境），測試水泥石的抗腐蝕能力。

五、環保及安全性檢測

1. 重金屬含量

• 檢測鉛（Pb）、汞（Hg）、鎘（Cd）等有害元素，符合ISO 10426環保要求。

2. 放射性指標

• 伽馬射線檢測，確保放射性物質（如天然放射性核素）不超過安全限值。

六、長期耐久性評估

1. 抗滲性

• 通過滲透率測試儀測定水泥石的滲透率，驗證其密封能力。

2. 抗腐蝕性

• 浸泡于模擬地層流體（如鹽水、酸性溶液）中，定期檢測質量損失和強度變化。

七、檢測標準與規范

• API Spec 10A（油井水泥材料規范）
• GB/T 19139-2012（油井水泥試驗方法）
• ISO 10426-4（膨脹劑性能測試）

結語