三维约束下MgO膨胀剂提升油井水泥石早期性能的关键作用

本文主要探讨了三维约束条件下镁氧化物(MgO)膨胀剂对油井水泥石早期性能的影响。作者通过实验手段，包括测量水泥石的线膨胀率、抗压强度以及利用XRD、DSC、SEM/EDS等微观分析技术，深入研究了MgO膨胀剂对水泥石结构、强度和孔隙特性的影响。研究发现，三维约束环境下，MgO的水化过程产生的膨胀力对水泥石的抗压强度和孔隙结构产生了积极影响，有助于提升水泥环的胶结强度和防止窜槽的能力。 具体结果显示，当MgO膨胀剂掺量为12%时，水泥石在80°C养护1天和7天的自由线膨胀率分别为0.034%和0.072%。相较于未掺入膨胀剂的水泥石，三维约束下的膨胀水泥石表现出更高的抗压强度，80°C养护3天和7天后的强度分别提升了41.8%和49.1%，相比于自由膨胀水泥石，强度分别提高了9.6%和16.2%。这表明MgO膨胀剂的使用有助于增强水泥石的稳定性。 此外，实验还观察到，三维约束下水泥石的孔隙率显著降低，以80°C养护7天为例，其孔隙率仅为22.7%，比净浆油井水泥石低30.8%，且孔径尺寸向更小的、对水泥石性能有益的无害孔方向发展。这说明MgO膨胀剂导致的结构紧凑化对水泥石的耐久性是有利的。 进一步的微观分析显示，水泥石中检测到了Mg(OH)2的衍射峰，并在DSC测试中观察到了365°C附近的吸热峰，这证实了MgO与水反应生成Mg(OH)2的过程。这一过程不仅增强了水泥石的密实度，也解释了其性能提升的原因。 三维约束条件下的MgO膨胀剂对油井水泥石的早期性能有显著的优化作用，尤其是在提高抗压强度、改善孔结构和增强水泥环的胶结强度方面。这些发现对于优化油井施工过程中的水泥浆配方和施工工艺具有实际意义。