Page 202 - 《精细化工》2022年第3期

·624· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

量为 1%时，其 1 d 强度完全丧失，7 d 强度为 16.86 水泥石的抗压强度，在掺量均为 0.5%的条件下，样
MPa，不满足施工要求；与单独使用 H 3 BO 3 的样品 品 B1 与样品 H3 相比，其 1、3、7 d 的水泥石抗压
相比，Mg/Al-BA-LDH 由于其晶种效应能明显提高 强度分别提高了 37.86%、75.10%、94.33%。

表 5 Mg/Al-BA-LDH 对不同顶底温差下水泥石样品强度的影响
Table 5 Effect of Mg/Al-BA-LDH on the strength of cement stone samples under different temperature between top and
bottom
不同温差下养护不同时间后水泥石抗压强度/MPa
编号 井底温度/℃ 24 h 后抗压强度/MPa 返高温度 90 ℃ 返高温度 60 ℃
12 h 24 h 48 h 72 h 12 h 24 h 48 h 72 h
B5 110 26.45 4.5 18.08 21.89 22.26 2.6 17.12 19.7 20.82
B5 130 26.72 0 12.84 16.72 20.46 0 10.76 15.2 20.12
B5 150 27.23 0 10.16 14.64 17.94 0 9.62 12.78 16.32
B5 170 28.52 0 7.3 12.71 16.97 0 5.60 9.86 14.32

一致。综上可知，在油井水泥中加入 Mg/Al-BA-LDH
后，高效的离子交换反应使得其对油井水泥迅速产
生缓凝效应；而在水化后期，水滑石材料本身的晶
体效应以及填充效应将发挥主要的作用，在油井水
泥的水化过程中占据主导地位而促进水化 [13] 。

图 7 90 ℃下不同配方的水泥石样品的抗压强度
Fig. 7 Compressive strength of cement stone samples with
different formulas at 90 ℃

这是由于少量的水滑石颗粒填充在水泥孔隙之
间致使结构更加致密，并且水滑石的晶体效应能够促
进油井水泥的水化，导致水泥石的强度发展更好 [16] 。
但随着 Mg/Al-BA-LDH 掺量的增加，水泥石的抗压 图 8 不同配方的水泥石样品水化 3 d 后的 XRD 谱图
Fig. 8 XRD patterns of cement stone samples with different
强度呈降低趋势，但其 7 d 强度均满足固井施工要 formulas for hydration 3 d
求。以上现象说明，含有 Mg/Al-BA-LDH 的水泥浆
2.5 水泥水化产物的 TG 分析
体系具有良好的大温差适应性能，并在一定程度上
对不同配方在 90 ℃下养护 3 d 的水泥石样品
能克服大温差条件下造成的顶部“超缓凝”现象，
进行 TG-DTG 分析，结果如图 9 所示。
水滑石的晶体效应能够与 H 3 BO 3 的缓凝作用产生协

同作用，在保证水泥浆稠化时间的同时促进水泥石
抗压强度的发展 [10] 。
2.4 水化产物的 XRD 分析
为了进一步分析 Mg/Al-BA-LDH 的作用机理，
将不同配方的水泥浆在 90 ℃下养护 3 d 后的水泥石
进行 XRD 分析，结果如图 8 所示。由图 8 可知，两
组样品的固化产物主要为 C 3 S、C 2 S、Ca(OH) 2 ，且
没有发生晶体结构的改变，只是样品的峰值有所不
同 [22] 。与对照组 C0 相比，掺入 Mg/Al-BA-LDH 的

水泥石的水化产物中 Ca(OH) 2 物相的峰值更高，说
图 9 不同配方的水泥石样品水化 3 d 后的 TG-DTG 曲线
明掺入 Mg/Al-BA-LDH 的水泥石在水化后期并没有
Fig. 9 TG-DTG curves of cement stone samples with
抑制 Ca(OH) 2 的析出，这与抗压强度所得出的结论 different formulas for hydration 3 d