引言

我国现阶段陆上常规油气田大多数处于开采后期，随着常规原油受到储量增长的限制，开采稠油油藏显得更加重要。稠油粘度高，密度大，在地层中流动阻力大，所以稠油油藏开采时驱替效率低，采用常规开采方式开采效率低。因此如何有效开采稠油。使其成为可动用储量，是石油工业一直面临的问题。稠油粘度虽高，但对温度极为敏感，每增加10℃，粘度即下降约一半。依国际通用的ASTM标准，中国许多稠油油田的稠油粘温曲线呈斜直线状，斜率几乎一样。这说明稠油对加热降粘的规律性是一致的，这也是稠油热采的主要机理。热力采油作为目前稠油开发的主要手段，能够有效升高油层温度，降低稠油粘度，使稠油易于流动，从而将稠油采出。稠油热采是目前世界上规模最大的提高原油采收率工程项目，该技术自问世以来，已经有了突飞猛进的发展，形成了以蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD、热水驱、火烧油层、电磁加热等技术为代表的技术框架。热采稠油井的固井必须适应和满足蒸汽吞吐及蒸汽驱开采的方式，在注蒸汽期间井下套管水泥往往要承受高达300℃以上的温度。

油气井固井目的是封隔井眼内的油气水层，保护产层，防止油气井在钻井、增产作业和生产过程中的地层流体窜流并加固井壁和支撑保护套管，延长油气井寿命以及提高油气产量。高温、高压、气窜、漏失和小间隙等是固井面临的主要难题^[1-5]。热采井水泥石在高温条件下，产生强度衰退；热应力导致水泥环产生破坏，层间封隔失效，引起套损。因此稠油热采井固井水泥浆应具有普通油井水泥浆不具备的特点：在低温下快速凝结，防止候凝过程中的环空窜流，形成封隔性能良好的优质水泥环；在生产过程中，水泥石要具有长期的抗高温强度衰退性能，水泥环不发生破坏。普通油井水泥难以满足上述稠油热采井固井的要求。

为了提高固井水泥环的性能，各种外掺料在油井水泥中广泛使用。石英砂、矿渣、硅灰、粉煤灰、偏高岭土等是常见的油井水泥外掺料。石英砂是一种非金属矿物质，是一种坚硬，耐磨，化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是晶质SiO₂，石英砂的颜色为乳白色或无色半透明状。石英砂主要用于防止或减缓油井水泥在高温下的强度衰退现象。矿渣是高炉冶炼生铁时在1400~1500℃下由铁矿石的土质成份和石灰石助熔剂熔融后水淬处理急剧冷却形成的。硅灰也叫微硅粉或称凝聚硅灰，是铁合金在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO₂和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成。粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。偏高岭土是一种高活性矿物掺合料，是超细高岭土经过低温煅烧而形成的无定型硅酸铝，具有很高的火山灰活性。活性外掺料是有效改善油井水泥性能不可缺少的材料。活性外掺料不仅能参与水泥水化反应，提高水泥石强度，降低渗透率和孔隙度，而且能显著提高水泥石的工作性能和力学性能^[6-9] 。

微晶石英是一种天然的矿物材料，由富含硅质元素的沉积岩风化形成，主要成分为微晶质的SiO₂，特殊的晶体结构和形貌使其有着独特的性能，包括粉料的流动性好，吸水性较低，在常温下可能存在火山灰活性等，与传统的外掺料相比，其综合性能更加优异。本课题将微晶石英掺入油井水泥中，研究微晶石英对油井水泥石力学性能的影响，确定微晶石英的最佳掺量，并对微晶石英提高水泥石力学性能的作用机理进行初步探索。