毕业设计(论文)
题 目： 膨润土对水泥浆性能的影响
学 生： 张 斌
学院(系)： 石油工程学院
班 级： 油工004班
指导教师： 谢齐平
辅导教师： 谢齐平
日 期： 2004年3月29日—2004年6月18日
1.前言
固井质量的好坏，直接关系到油气井的生产寿命和单井产能，油气田采收率的高低以及分层作业和强化增产措施的程度。所以，固井质量不仅是完井作业的关键，而且决定了油气田开发能否顺利进行。针对高压油气层固井，用水泥浆加入膨润土可以提高水泥石的膨胀率，从而提高固井质量。
对固井工程有较大影响的水泥浆性能包括：水泥浆的密度、水泥浆的稠化时间、初凝时间、水泥浆的失水、水泥石初凝的强度及水泥的抗腐蚀性能等。当通过调节水泥的化学成分不能完全满足固井工程的要求时，就要加入水泥的外加剂来调节。
水泥浆性能与固井工程的关系:
1.1 水泥浆的密度
水泥干灰的密度一般为3.05~3.20g/cm3。通常要使水泥完全水化，需要的水为水泥重量的20%左右即可，但此时水泥浆基本不能流动。要使水泥浆能流动，加水量应达到水泥重量的45%~50%，调节出的水泥浆的密度为1.80~1.90 g/cm3之间。这一密度比一般井所用的钻井液密度要大，但可能比某些重钻井液密度要低。
1.2 水泥浆的稠化时间
水泥浆调成之后，随着水化反应的进行，水泥浆逐渐变稠，流动性变差。在注水泥时用泵注入及顶替过程中，可能会出现水泥浆流动越来越困难，直到不能被泵入，此时，虽然还没有达到水泥的凝固，但是已无法用泵注入及顶替了。因此，注水泥的全过程必须在水泥浆稠化之前完成，稠化时间就决定了施工作业可能的时间。对于施工周期长的深井注水泥，就应当有较长的水泥浆稠化时间为保证。
水泥浆的稠化时间是指水泥浆从配制开始到其稠度达到其规定值所用的时间。例如API标准中规定的这一数值是从开始搅拌到水泥浆稠度达到100BC（水泥稠度单位）所用的时间为水泥浆稠化时间。API标准中规定在初始的15~30min时间内，稠化值应当小于30BC。好的稠化情况是在现场总的施工时间内，水泥浆的稠度在50BC以内。
1.3 水泥浆的失水
为保证水泥浆的流动，应当使水的加入量比完全水化所用的水量要多出很多。现场用水量一般达到水泥重量的50%左右，才能使水泥的流动性良好。水泥在凝固之后，多余的水就析出。析出的水为高矿化度自由水，可以渗入地层，对生产层造成严重污染。如果析出的水不能进入地层，有可能留在水泥石中，形成孔道，会造成流体上窜的通道，破坏水泥石的封隔性及降低水泥石的强度。一般未经处理的水泥浆的失水量可达100ml/30min。因此水泥浆的失水量应当通过加入处理剂的方法尽量使之降低。
1.4 水泥浆的凝结时间
水泥浆调成即开始水化，从液态转变为固态的时间就是水泥浆的凝结时间。这一时间不同于稠化时间。一般来说，水泥浆的凝结时间大于稠化时间。水泥浆的凝结时间对施工有较大的影响，即从注水泥到套管被封固后可承担一定负荷的这一段时间，就决定了固井完成到进行下一个工序所用的时间。对于封固表层及技术套管来讲，希望水泥能有早期较高的强度。以便于尽快开始下一个工序。通常希望固完井侯凝8小时左右，水泥浆开始凝结成水泥石，其抗压强度可达2.3Mpa以上即可开始下一次开钻。
1.5 水泥石强度
水泥石强度应满足下述条件：
（1）支撑和加强套管。经研究表明，当水泥石的抗压强度强度为56kPa时，10m长的水泥环就可支撑94m长的177.8的套管，因此支撑套管并不要很高的水泥石强度。
（2）应能承受钻柱的冲击载荷。
（3）应能承受酸化、压裂等增产措施作业的压力。
各种水泥标准中都给出了水泥的极限强度及早期（8~24h）的强度，如API标准中规定，进行射孔的层段，水泥的抗压强度应大于13.8Mpa。
1.6 水泥石的抗石性
水泥石应能抗各种流体的腐蚀，主要应抗硫酸盐腐蚀。
在水泥成分中控制C3A及C4AF的含量为C3A≤3%，C4AF + 2C3A≤24%，可使水泥抗硫性提高。也可加入矿渣、石英砂等抗硫的能力。
2．膨润土基本概况
2．11 膨润土的国内外储量
膨润土是一种重要的非金属矿产，世界总储量为13亿吨。主要生产膨润土的国家有美国、俄罗斯、意大利、希腊、印度和德国等。
我国的膨润土储量仅次于美国居世界第二位，现年开采量约为200万吨左右。主要集中在东北及东部沿海各省，如：辽宁、吉林、浙江、山东、江苏、新疆、四川、河南、广西、内蒙等省。据考察膨润土资源遍布22个省区近80个县，有400多处矿点，但其中质量较好具有实用价值的是辽宁黑山、吉林九台、浙江临安、新疆托克逊、四川仁寿、安徽繁昌、山东胶州、甘肃金昌、内蒙兴和等。
2．12 膨润土的一般性质
天然膨润土是一种含水铝硅酸盐土状矿物，呈白至橄绿色，膨润土不是一种纯物质，没有固定的化学组成和化学式。膨润土中的主要有用组份是蒙脱石、斑脱岩、观音土、石粉子等。通常把高纯膨润土可称为蒙脱石。
蒙脱石属单斜晶系，硬度1~2，密度2~3，熔点1330~1430，晶体颗粒0.02~0.2微米。蒙脱石的单位晶胞系由两层硅氧Ｓi－O四面体中间夹一层铝氧Al－(O.OH)八面体组成2：1型层状络合物。蒙脱石的理论化学组成是：SiO2 66.7%；AL2O3 28.39%；H2O 5.00%，由于矿物共生组合的不同，实际还含有少量CaO、MgO、Fe2O3、K2O、Na2O等组份。
膨润土矿石的矿物组成
矿石类型 粘土状膨润土 粉砂状膨润土 砂状膨润土 含“砾”膨润土 角砾状膨润土
颜色 青灰色夹紫红色 青灰色或砖红色 砖红色 青灰或砖红色 杂色，以青灰色为主
结构 变余晶屑凝灰结构，变余沉凝灰结构 变余凝灰结构，变余粉砂状沉凝灰结构 变余凝灰结构粉砂-细砂结构 变余沉火山角砾结构，变余火山角砾结构 角砾沉凝灰结构
组成 主要：蒙脱石，玻屑
次要：
晶屑：石英
长石
斜发沸石
15~30%
陆源碎屑
20~25% 主要：蒙脱石
次要：
岩屑：硅质岩
凝灰岩
熔结凝
灰岩
安山岩
霏细岩
晶屑：石英、斜长石、黑云母
玻屑
陆源碎屑：
粉砂、砂、泥 主要：蒙脱石、斜发沸石30~50%
次要：
岩屑：硅质岩、凝灰岩、安山岩5~20%
晶屑：10~20%
陆源碎屑：
黄铁矿、方解石 主要：蒙脱石火 山岩角砾
次要：
砾石-硅质岩
晶屑：石英
斜发沸石<10%，石英，火山岩，“砾”少量 主要：蒙脱石
玻屑
次要：
岩屑：
熔结凝灰岩
凝灰岩
斜发沸石少量
陆源碎屑>10%
2．13 膨润土的种类
膨润土按其中蒙脱石为主的可交换性阳离子的种类和数量分类。天然膨润土有：钙基膨润土、钠基膨润土、氢基膨润土、锂基膨润土等等，天然氢基膨润土、锂基膨润土很少，大量的是钙基膨润土和钠基膨润土。世界天然钙基膨润土占总储量的70~80%，我国钙基膨润土占90%以上。
天然膨润土无论是钙基膨润土还是钠基膨润土，在实际应用中其性能均不够理想，为达到高性能实用性，人为地加入一些锂、钠、钙、镁、钾等阳离子，从而实现了膨润土的改型，因此亦称为锂改型膨润土或钠改型膨润土等等。天然膨润土均属于无机膨润土，天然膨润土经过无机化学处理或机械加工的膨润土产品亦都属于无机膨润土。
无机膨润土属亲水疏油性，为扩大其在有机相中的应用，将大分子有机物引入期间层使之改性，将亲水性的无机膨润土变为亲油性的有机膨润土。
将膨润土矿石划分成为粘土状、粉砂状、砂状、角砾状等类型：
2．2 膨润土产品的优越特性
将天然膨润土进行提纯精制成膨润土产品，都不同程度地具有亲水性（或亲油性）、膨胀性、吸附性、离子交换性、分散性、悬浮性、粘接性、触变性、稳定性、无毒与无刺激性以及电导性能。
2．21 亲水（或亲油）性与膨胀性
蒙脱石晶层与晶层之间以范德华力结合，键能很弱，易解离。水分子能够进入晶层中间，使晶层键断裂、层距增加，引起晶格定向膨胀；同时晶胞带有许多金属阳离子和羟基亲水基，因此它表现出强烈的亲水性，而其体积能膨胀至吸水前的20~30倍。
蒙脱石晶层间吸附水分子形成水化阳离子，可以有分子较大的有机离子所取代，从而在蒙脱石结构中引入亲油性有机分子，使蒙脱石变亲水性为亲油性，形成有机膨润土。由于引入有机大分子，因此有机膨润土的体积膨胀更大。
2．22 吸附性与离子交换性
从蒙脱石的单位晶胞来分析，在外面两层硅氧Si－O四面体，铝氧AL－(O.OH)八面体中，高价的硅离子Si，铝离子Al能被其他低价阳离子所置换，使蒙脱石单位晶胞带负电荷，而成为一个大负离子团。这个大负离子团具有吸附某些阳离子的能力，除内部吸附一些阳离子外，外表面也吸附一些阳离子。层间吸附的这些阳离子靠共用氧原子连接，在一定条件下能与其他金属阳离子实现离子交换，所以蒙脱石是一种天然无机阳离子交换剂，其最大的阳离子交换量约为人工合成有机阳离子交换剂的1/4。无机干高纯膨润土阳离子交换容量为74~140毫克当量。
由于蒙脱石的特殊结构，使它有很大比表面积和孔容，比表面积可达750㎡/g ，因此它对某些阳离子和极性分子有很强的吸附性。
2．23 分散性与悬浮性
无机膨润土中的蒙脱石因具有前述的特殊结构，在水中可解离成单位晶胞，其晶胞颗粒又极为细微（0.02~0.2微米），且每个蒙脱石晶胞都带有相同数目的负电荷，彼此同性相斥，在稀溶液中很难聚集成大颗粒，因而表现出极好的分散性、悬浮性。据介绍：3%浓度蒙脱石水悬溶液中分散解离成单一晶胞的能力，其各类蒙脱石的规律是：钠基（26%）>氢基（3%）>钙基（1%）。性能好的高纯钠基膨润土加水形成胶凝溶液后，几乎永远处悬浮状态。
无机膨润土能与某些水溶性有机物协同配伍，在溶有有机物的水溶液中仍能表现出其分散性和悬浮性能。
2．24 粘接性与触变性
由于蒙脱石晶胞颗粒细小而且具有很大不规则的表面，并带有电荷，层间的羟基与水形成氢键，其颗粒在水介质中相互交联形成连接网络结构，能形成溶液或凝胶等粘接性。但这种溶胶或凝胶当施加外力或搅拌时具有很好的流动性和润滑性，停止搅拌时又自行恢复成凝胶状。这种优良的触变性能凝胶，能持久地均匀悬浮，无沉淀和离折。
2．25 稳定性与无毒性
膨润土能耐300℃高温，140℃逸出自由水和吸附水，300℃逸出层间水，500℃失去结晶水。具有良好的热稳定性。几乎不溶于水和有机溶剂，微溶于强酸和强碱，常温下不会被强氧化剂或强还原剂破坏，具有良好的化学稳定性。
膨润土对人体、畜、植物无腐蚀、无毒、无刺激性。因此有机膨润土精细加工形成的矿物凝胶（硅酸镁铝），美国食品和药品管理局（FDA）认为其作为食品的添加剂是安全的。
3．国内外石油工业用膨润土简介
国外对膨润土在石油工业中的应用已经有很长时间的研究了，并且获得了很多有用的信息。国内在这一领域的研究还处在起步的阶段。
在注浆施工中，浆液的流变性能是非常重要的性能之一，了解和控制所有浆液的流变性能对于注浆成功与否是非常重要的。膨润土-水泥浆作为一种低成本的注浆材料，已越来越多地被用于注浆施工中以代替高成本的水泥浆液。但人们对其固化前流变性研究的较少，主要研究的是膨润土-水泥浆固化后的物理力学性能，如浆液的结石体抗压强度、初凝时间、渗透系数、析水量等，而对膨润土-水泥浆的流变性能研究的不够。
3．1 膨润土-水泥浆的组分
膨润土-水泥浆由膨润土、水泥、水和各种外加剂组成。
水泥为G级中抗硫型水泥。
水为名用水，中性为佳。
外加剂是用调节水泥浆的性能。其中包括：加重剂、减轻剂、缓凝剂、促凝剂、剪阻剂、降失水剂、防漏失剂等等。
3．2 膨润土在钻井中的应用：
膨润土的主要用途之一是用作钻井液材料。衡量膨润土的造浆性能的主要指标之一是造浆率，即单位重量的膨润土可以配制成具有表观粘度为15mPa•s的悬浮液体积数（单位为m3/t）。
国内外钻井泥浆用膨润土质量标准
项目 地矿部 石油部 国 外 备注
甲级 乙级 丙级 一类 二类 A．P．I① O．C．M．A②
1973年 1979年
造浆率，m3/t >16 10~16 6~10 ≥16 10~15 16
粘度计读数
（600r/min） ≥30
（22.5g±/
350ml水）
视粘度 Pa•s 1.5 粘度1.0~2.5
塑性粘度cP•s 3.0
(21g±/
350ml水)
动切力 <15´ 塑性粘度
（达因/cm2） 3´ 塑
性粘度
（ib/100ft2）
失水量
ml/30min <13.5 13.5~20 20~25 (7个大气压) ≤15 15~20
(6.4g±/100ml水) <14(25g±/350ml水) <13.5(22.5g±/350ml水) <15(26.4g±/350ml水)
水分，% <10 <10 <15 <12 <10 <15
湿筛分析，% <2.5(4) <2.5(4) <2.5 <4 <2.5 200目筛余
干筛分析，% >95 >95 >98 100目通过
注：①A.P.I—美国石油学会。
②O.C.M.A—美国石油公司材料学会
3．3 膨润土水泥浆的固井特点：
（1）加入泥浆中的钠膨润土与水发生水化，吸收水泥浆中多余的水份，膨润土水化后体积膨胀，水泥产生向外的扩张力，补偿水泥浆柱失重的压力损失。加有膨润土的水泥浆稠度增大，产生触变性，可阻止外部液相侵入水泥浆柱。
（2）水泥浆中的防窜降滤失剂J-2B为小分子化合物，可在水分子作用下连接成长链状高分子，充填到水泥浆颗粒之间，形成网状膜，阻止水泥浆的水相进入地层。
（3）膨润土与J-2B在水泥浆中相互作用，充填到水泥浆颗粒之间，使水泥浆静止状态下的稠度较大，产生触变性，既降低了水泥浆的滤失性，又增强了水泥浆抗油气水侵蚀的能力。
3．4 膨润土水泥浆的特点：
3．41 具有较高的塑性强度
塑性强度即膨润土-水泥浆结石体的极限抗剪强度，其值远远大于地下水的静水压力。这是膨润土-水泥浆充填岩层裂隙固化后能抵抗住地下水静水压力而不被挤出的根本原因。膨润土-水泥浆的塑性强度在停止注浆后随时间延续而增加。其规律是：1）0~6小时塑性强度很小，变化不大。2）6~48小时塑性强度增加很快呈直线上升。3）48~72小时塑性强度增长较快。4）72小时后增加不大，曲线较为平缓。
3．42 析水率小
浆液停止搅拌或运移后，颗粒下沉，水向浆液顶面上升的性能为析水性。是反映浆液稳定性的一种指标。而膨润土-水泥浆由于其含有大量的膨润土，分散性高，亲水性强，水化絮凝程度高，颗粒不易沉淀，故膨润土-水泥浆的析水率小，单液水泥浆的析水率通常为15%左右，而膨润土-水泥浆的析水率小于5%，明显低于水泥浆。
3．43 抗渗性强
膨润土-水泥浆结石体抵抗高水头地下水的渗透能力明显高于水泥浆。膨润土-水泥浆的抗渗性是评价浆液质量、注浆堵水质量，特别是评价井筒注后剩余水量的重要指标。膨润土-水泥浆抗渗性好是由于膨润土-水泥浆颗粒细及其物理化学结构，使浆液充填饱满密实的缘故。
3．44 耐久性强
耐久性是浆液结石体随时间其结构、强度等物理变化的性能。膨润土-水泥浆是一种永久性注浆堵水材料。
膨润土-水泥浆具有上述特征是由其组分及其结构构造决定的。浆液中水泥水化分解，具有较稳定的空间结构骨架。膨润土中粒度细，比表面积大，水化后分散度高，膨润土晶胞之间连接力弱、活动性大，充填于规则的水泥结构框架中，致密而均匀，故决定膨润土-水泥浆抗渗性强、析水率小、耐久性强等特征。
4 实验部分
4．1 实验仪器和设备：
①常压稠化仪 ②抗折强度实验机
型号：OWC—9350C 型号：KZ—500型
沈阳航空工业学院 出厂编号：U26
应用技术研究所 出厂日期：1982年4月
出厂日期：2002年10月 无锡建筑材料仪器机械厂
③抗压强度实验机 ④恒速搅拌器
型号：NYL—30型 型号：OWC—4060
30吨压力实验机 编号：1006
出厂编号：43 沈阳市石油仪器研究所
出厂日期：1984年3月
无锡建筑材料仪器机械厂
⑤电热恒温水浴锅
型号：HH•S—2
温度范围：37℃~100℃ 温度1℃
出厂日期：1985年5月
编号：18
北京长安科学仪器厂
⑥精密电子天平（3000g） ⑦电子天平 ⑧搅拌棒
⑨50ml量筒 ⑩滴管
4．2 实验药品
①G级高抗硫型水泥
②添加剂为ACC-1促凝剂。
③水为名用水，中性为佳
④膨润土
4．3 实验意义及方法：
1． 水泥浆配制：
水泥浆的配制是水泥浆试验的基础，所有水泥浆试验的进行都必须先配制好水泥浆，而且水泥浆的配制方法的差异也会导致水泥浆性能的变化，使实验结果有偏差。
实验室水泥浆的配制是用瓦棱（Waring blender）搅拌器进行，瓦棱搅拌器模拟了现场水泥浆配制过程的剪切状态。首先确定配方，然后按照配方将水以及水泥浆所需的添加剂按顺序加入到浆杯，形成混合水。混配水泥浆时，先以低速4000r/min运转15秒（此期间全部水泥、固相材料加于混合水中），而后以12000r/min混拌35秒。
2． 测水泥浆的密度：
水泥浆的密度是水泥浆性能的一个重要指标。通过水泥浆的密度，我们可计算出固井施工中水泥浆的压力。遇到深井、超深井、特殊井等特殊问题，我们可以设计出合适的水泥浆密度来完成这些特殊的要求。
将配制好的水泥浆倒入密度仪，用盖上，让多余的水泥浆从盖子中间的小孔中冒出，用手指堵住小孔，用水冲洗干净、擦干，再称量，就可以直接从读数上读出水泥浆的密度。
3． 水泥浆的稠化时间：
稠化时间是水泥浆的一个非常重要的性能参数。稠化时间的测定对施工的进行有着很重大的影响，只有知道水泥浆的稠化时间才能制定出施工计划，才能保证施工的安全。如果不知道稠化时间就进行固井施工，很可能导致在施工过程中水泥浆稠化，导致“灌香肠”事故。
水泥浆稠化时间由稠化仪测定。本试验所用稠化仪为常压稠化仪，它由控温、控压系统，动态稠度测试装置，浆杯、浆叶及电位计等组成。测试时，将配好的水泥浆装入浆杯，电机带动浆杯转动，使水泥浆对浆叶产生一剪切作用，通过浆叶所受的剪切力的大小表征水泥浆的稠度。
4． 4实验数据及其分析
所有稠化时间均为稠度达到50BC时的时间。
4．41 水泥浆原浆性能的测定：
首先取一定量的水泥和水配成水灰比为0.5的水泥浆，然后分别对其稠化时间、抗折强度、抗压强度进行测定。
实验一、
配方：
1．G级水泥 600g
2. 水 300g
水泥浆原浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 3：53
水泥浆原浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24
4．42 加入ACC-1促凝剂后的水泥浆性能的测定：
首先取一定量的水泥和水配成水灰比为0.5的水泥浆，然后不断增加ACC-1促凝剂的量进行实验，分别对其稠化时间、抗折强度、抗压强度进行测定。
实验一、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．ACC-1促凝剂 6g
加入6gACC-1促凝剂的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 2：50
加入6gACC-1促凝剂的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24
实验二、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．ACC-1促凝剂 12g
加入12 gACC-1促凝剂的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 2：13
加入12gACC-1促凝剂的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24
实验三、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．ACC-1促凝剂 18g
加入18 gACC-1促凝剂的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 1：37
加入18 gACC-1促凝剂的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24
实验四、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．ACC-1促凝剂 20g
加入20 gACC-1促凝剂的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 00：58
加入20 gACC-1促凝剂的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24
实验五、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．ACC-1促凝剂 20.2g
加入20.2 gACC-1促凝剂的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 00：44
加入20 .2 gACC-1促凝剂的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24 5.15 2.41
实验六、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．ACC-1促凝剂 20.5g
加入20.5 gACC-1促凝剂的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 00：38
加入20.5 gACC-1促凝剂的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24
实验七、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．ACC-1促凝剂 21.6g
加入21.6 gACC-1促凝剂的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 00：14
加入21.6 gACC-1促凝剂的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24
实验八、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．ACC-1促凝剂 25.8g
加入25.8 gACC-1促凝剂的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 00：06
加入25.8 gACC-1促凝剂的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24
按照老师对实验的要求，得出结论：3.35%的促凝剂可以控制水泥浆原浆在45~60分钟之间稠化。
4．43 加入一定量ACC-1促凝剂，加入膨润土后的水泥浆性能的测定：
首先取一定量的水泥和水配成水灰比为0.5的水泥浆，然后加入一定量ACC-1促凝剂，按比例增加膨润土的质量进行实验，分别对其稠化时间、抗折强度、抗压强度进行测定。
以下实验均加入占水泥质量3.35%的ACC-1促凝剂20.1g。
实验一、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4. 膨润土 3g
加入0.5%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 00：48
加入0.5%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24 7 4.65
实验二、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4. 膨润土 6g
加入1%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 00：40
加入1%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24 9.5 4.9
实验三、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4. 膨润土 9g
加入1.5%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 00：38
加入1.5%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24 9 5.15
实验四、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4. 膨润土 12g
加入2%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 00：28
加入2%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24 9.7 5.5
实验五、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4. 膨润土 15g
加入2.5%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 00：36
加入2.5%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24 9.4 5.65
实验六、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4. 膨润土 18g
加入3%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 00：42
加入3%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24 8.8 6.35
由于膨润土水化作用，导致在往浆杯中加入水泥时，浆杯搅拌速度很慢。为了保证仪器的安全，膨润土的加量实验就到此为止。
4．44 加入膨润土，不加ACC-1促凝剂的水泥浆性能的测定：
首先取一定量的水泥和水配成水灰比为0.5的水泥浆，然后按比例增加膨润土的质量进行实验，分别对其稠化时间、抗折强度、抗压强度进行测定。
实验一、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．膨润土 3g
加入0.5%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 2：42
加入0.5%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24 11 5.5
实验二、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．膨润土 6g
加入1%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 2：35
加入1%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24 10.3 5.85
实验三、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．膨润土 9g
加入1.5%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 2：30
加入1.5%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24 10.2 5.65
实验四、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．膨润土 12g
加入2%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 2：34
加入2%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24
实验五、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．膨润土 15g
加入2.5%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 2：27
加入2.5%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24
实验六、
配方：
1．G级水泥 600g
2．水 300g
3．膨润土 18g
加入3%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.5 50 2：22
加入3%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.5 50 24
由于实验仪器老化，实验存在误差。
4． 45 提高水灰比为0.55，加入膨润土，加入一定量ACC-1促凝剂的水泥浆性能的测定：
首先取一定量的水泥和水配成水灰比为0.55的水泥浆，然后加入一定量的ACC-1促凝剂，最后按比例增加膨润土的质量进行实验，分别对其稠化时间、抗折强度、抗压强度进行测定。
以下实验均加入占水泥质量3.35%的ACC-1促凝剂20.1g。
实验一、
配方：
1．G级水泥 600g
2． 水 330g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4．膨润土 3g
加入0.5%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.55 50 1：27
加入0.5%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.55 50 24
实验二、
配方：
1．G级水泥 600g
2． 水 330g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4．膨润土 6g
加入1%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.55 50 1：15
加入1%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.55 50 24
实验三、
配方：
1．G级水泥 600g
2． 水 330g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4．膨润土 9g
加入1.5%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.55 50 1：13
加入1.5%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.55 50 24
实验四、
配方：
1．G级水泥 600g
2． 水 330g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4．膨润土 12g
加入2%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.55 50 1：12
加入2%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.55 50 24
实验五、
配方：
1．G级水泥 600g
2． 水 330g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4．膨润土 15g
加入2.5%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.55 50 1：03
加入2.5%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.55 50 24
实验六、
配方：
1．G级水泥 600g
2． 水 330g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4．膨润土 18g
加入3%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.55 50 00：53
加入3%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.55 50 24
实验七、
配方：
1．G级水泥 600g
2． 水 330g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4．膨润土 21g
加入3.5%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.55 50 00：46
加入3.5%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.55 50 24
4． 46 水灰比为0.6，加入膨润土，加入一定量ACC-1促凝剂的水泥浆性能的测定：
首先取一定量的水泥和水配成水灰比为0.6的水泥浆，然后加入一定量的ACC-1促凝剂，最后按比例增加膨润土的质量进行实验，分别对其稠化时间、抗折强度、抗压强度进行测定。
以下实验均加入占水泥质量3.35%的ACC-1促凝剂20.1g。
实验一、
配方：
1．G级水泥 600g
2． 水 360g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4．膨润土 3g
加入0.5%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.6 50 2：03
加入0.5%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.6 50 24
实验二、
配方：
1．G级水泥 600g
2． 水 360g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4．膨润土 6g
加入1%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.6 50 1：45
加入1%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.6 50 24
实验三、
配方：
1．G级水泥 600g
2． 水 360g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4．膨润土 9g
加入1.5%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.6 50 1：37
加入1.5%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.6 50 24
实验四、
配方：
1．G级水泥 600g
2． 水 360g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4．膨润土 12g
加入2%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.6 50 1：22
加入2%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.6 50 24
实验五、
配方：
1．G级水泥 600g
2． 水 360g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4．膨润土 15g
加入2.5%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.6 50 1：13
加入2.5%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.6 50 24
实验六、
配方：
1．G级水泥 600g
2． 水 360g
3．ACC-1促凝剂 20.1g
4．膨润土 18g
加入3%膨润土的水泥浆的稠化时间
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 稠化时间
（小时：分）
0.6 50 1：01
加入3%膨润土的水泥浆的强度
水泥浆的水灰比 养护温度
（℃） 养护时间
（小时） 抗折强度
kgf/cm2 抗压强度
kgf/cm2
0.6 50 24
建议：
由于时间的关系，我对膨润土-水泥浆进行了简单的研究，得出的结论不是很全面。然而这项工作比较复杂，需要花费大量的时间和精力进行。再加上实验室的设备太少，随着做毕业设计的同学越来越多，机器不够用，所以机器只有长时间的运转。这对机器也是一个很大的损耗，从而造成机器所测的数据不准确。对实验数据的准确性产生了一定的影响。希望实验室以后能有所发展，提供给学生一个良好的实验环境。
主要参考文献及资料名称
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[3]《JPT》杂志.
[4]《美国油井注水泥技术》.
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[13] 保护油气层固井技术研究, “七五”国家重点科技攻关项目成果报告, 内部资料, 1990.9.
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[18] 王洪恩，粘土水泥浆物理力学性能的实验研究.水利水电技术.1982（6）：58~64.
致 谢
本次实验是在谢齐平老师的精心指导下完成的，整个学习过程中，谢老师的严谨治学的态度及精湛的学术水平给我留下了深刻的印象。在谢老师的悉心指导下我不仅学到了扎实的专业知识、科研方法，同时也提高了科研能力，为我今后的学习、工作和生活起到了模范作用，必将受益终生。在此，谨向谢老师表示忠心的感谢！
