固井技術(shù)培訓(xùn)——步玉環(huán)課件

1、固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)水泥漿性能水泥漿性能及特殊水泥漿體系及特殊水泥漿體系 中國(guó)石油大學(xué)（華東）中國(guó)石油大學(xué)（華東）步玉環(huán)步玉環(huán)2010.8.20固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)一、描述油井水泥及水泥漿性能的參數(shù)一、描述油井水泥及水泥漿性能的參數(shù)二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能三、硅酸鹽水泥的水化特征及影響因素三、硅酸鹽水泥的水化特征及影響因素四、特殊水泥漿體系四、特殊水泥漿體系提綱提綱固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)一、描述油井水泥及水泥漿性能的參數(shù)一、描述油井水泥及水泥漿性能的參數(shù)水泥漿的性能水泥漿的性能 (現(xiàn)行現(xiàn)行)國(guó)家和國(guó)家和API標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 密度密度 自由水自由水(析水析水) 濾失量濾失量(失水失水) 稠化時(shí)間稠化時(shí)

2、間 流變性能流變性能 水泥石抗壓強(qiáng)度水泥石抗壓強(qiáng)度 水泥石滲透率水泥石滲透率水泥的性能水泥的性能 自由水自由水 抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度 安定性安定性 細(xì)度細(xì)度 稠化時(shí)間稠化時(shí)間水泥漿的性能水泥漿的性能 (原原)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 密度密度 流動(dòng)度流動(dòng)度 凝結(jié)時(shí)間凝結(jié)時(shí)間 水泥石抗壓強(qiáng)度水泥石抗壓強(qiáng)度固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能1. 1.水泥漿密度水泥漿密度2. 2.水泥漿的穩(wěn)定性水泥漿的穩(wěn)定性3. 3.水泥漿流變性水泥漿流變性4. 4.水泥漿濾失量水泥漿濾失量5. 5.水泥漿稠化時(shí)間水泥漿稠化時(shí)間6. 6.水泥石強(qiáng)度水泥石強(qiáng)度7. 7.水泥石滲透率水泥石滲透率固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)二

3、、水泥漿的性能二、水泥漿的性能1、水泥漿密度、水泥漿密度 水泥漿密度是一水泥漿密度是一個(gè)重要參數(shù)，主要由個(gè)重要參數(shù)，主要由水泥、水、外加劑和水泥、水、外加劑和外摻料的比例控制。外摻料的比例控制。一般含水量越小，密一般含水量越小，密度越大。度越大?；旌纤钚∷孔畲笏坎豢杀盟涂杀盟捅霉叹夹g(shù)培訓(xùn)步玉環(huán) （1 1）用水量）用水量：水化需水量、標(biāo)準(zhǔn)用水量、最小用水量、最大用水量。水化需水量、標(biāo)準(zhǔn)用水量、最小用水量、最大用水量。 水化需水量水化需水量：在正常情況下，水泥水化和凝固的需水量一般為水泥在正常情況下，水泥水化和凝固的需水量一般為水泥質(zhì)量的質(zhì)量的25左右。左右。而水泥漿具有可泵性的最小含水量

4、為而水泥漿具有可泵性的最小含水量為38。可見(jiàn)，?？梢?jiàn)，實(shí)際水泥漿存在較大的游離水，主要以束縛水和自由水的形式存在。實(shí)際水泥漿存在較大的游離水，主要以束縛水和自由水的形式存在。 標(biāo)準(zhǔn)用水量標(biāo)準(zhǔn)用水量：按照水泥正常水灰比的加水量。如：按照水泥正常水灰比的加水量。如G級(jí)級(jí)44，A、B級(jí)級(jí)46，C級(jí)級(jí)56，D、E、F、H級(jí)級(jí)38。 正常用水量：正常用水量：根據(jù)根據(jù)“水泥漿含水量的確定水泥漿含水量的確定”，在室溫下，水泥漿，在室溫下，水泥漿的常壓稠度的最大值的常壓稠度的最大值11ABc的含水量。的含水量。 最小用水量：最小用水量：根據(jù)根據(jù)“水泥漿含水量的確定水泥漿含水量的確定”，在室溫下，水泥漿，在室溫

5、下，水泥漿在常壓稠化儀中攪拌在常壓稠化儀中攪拌20min，其最大稠度為，其最大稠度為30ABc的含水量。的含水量。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿密度水泥漿密度固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán) 最大用水量：最大用水量：為了使水泥顆粒保持懸浮，直至凝固，根據(jù)為了使水泥顆粒保持懸浮，直至凝固，根據(jù)“水水泥漿含水量的確定泥漿含水量的確定”，在，在27條件下，水泥漿游離水不大于條件下，水泥漿游離水不大于1.4的的含水量。含水量。 最佳用水量：最佳用水量：根據(jù)根據(jù)“水泥漿含水量的確定水泥漿含水量的確定”，在室溫下，水泥，在室溫下，水泥漿在常壓稠化儀中攪拌漿在常壓稠化儀中攪拌20min的最大稠度不大于的最大稠度

6、不大于11ABc，且游離水，且游離水不大于不大于1.4的含水量。的含水量。 在配制水泥漿時(shí)應(yīng)滿足在配制水泥漿時(shí)應(yīng)滿足2個(gè)指標(biāo)，稠度和游離水含量。對(duì)它們的個(gè)指標(biāo)，稠度和游離水含量。對(duì)它們的要求是隨不同的注水泥類型而改變的。這與油井水泥的質(zhì)量檢驗(yàn)是要求是隨不同的注水泥類型而改變的。這與油井水泥的質(zhì)量檢驗(yàn)是兩個(gè)概念（如標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，任何水泥漿在增壓稠化儀中稠化兩個(gè)概念（如標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，任何水泥漿在增壓稠化儀中稠化15 30min的最大稠度應(yīng)小于的最大稠度應(yīng)小于30BC，對(duì)，對(duì)G級(jí)和級(jí)和H級(jí)水泥，游離水還應(yīng)小于級(jí)水泥，游離水還應(yīng)小于1.4%）。）。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿密度水泥漿密度固井技術(shù)

7、培訓(xùn)步玉環(huán) （2 2）密度設(shè)計(jì)）密度設(shè)計(jì)：根據(jù)井下條件和施工作業(yè)的要求進(jìn)行密度設(shè)計(jì)。：根據(jù)井下條件和施工作業(yè)的要求進(jìn)行密度設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： 滿足井下壓力條件限制。滿足井下壓力條件限制。靜液柱壓力必須大于地層孔隙壓力，靜液柱壓力靜液柱壓力必須大于地層孔隙壓力，靜液柱壓力與流動(dòng)阻力之和必須小于地層破裂壓力。與流動(dòng)阻力之和必須小于地層破裂壓力。 滿足頂替效率的密度差要求。滿足頂替效率的密度差要求。尾漿領(lǐng)漿前置液鉆井液?？赡艿臈l件尾漿領(lǐng)漿前置液鉆井液?？赡艿臈l件下，考慮密度差下，考慮密度差0.12 0.24g/cm3，但密度越大，流動(dòng)阻力也越大。，但密度越大，流動(dòng)阻力也越大。 滿足水泥石強(qiáng)度

8、和膠結(jié)要求。滿足水泥石強(qiáng)度和膠結(jié)要求。對(duì)于尾漿，特別是封隔油氣層段的水泥漿，對(duì)于尾漿，特別是封隔油氣層段的水泥漿，應(yīng)盡量使用標(biāo)準(zhǔn)密度（同時(shí)，也有利于降低滲透率和孔隙度）。非膠凝材料加重劑應(yīng)盡量使用標(biāo)準(zhǔn)密度（同時(shí)，也有利于降低滲透率和孔隙度）。非膠凝材料加重劑和減輕劑應(yīng)盡量少加。和減輕劑應(yīng)盡量少加。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿密度水泥漿密度固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán) （3 3）密度的調(diào)節(jié)方法）密度的調(diào)節(jié)方法：用加入外加劑和外摻料調(diào)節(jié)水泥：用加入外加劑和外摻料調(diào)節(jié)水泥漿的密度。水泥漿的正常密度范圍是漿的密度。水泥漿的正常密度范圍是1.78 1.98 g/cm3。 低密度水泥：低密度水泥：加減輕

9、劑。主要有空心微珠、硅灰、粉煤加減輕劑。主要有空心微珠、硅灰、粉煤灰、硅藻土、水玻璃、膨潤(rùn)土等?；?、硅藻土、水玻璃、膨潤(rùn)土等。 高密度水泥：高密度水泥：加分散劑減水和加重劑。加重劑主要有重加分散劑減水和加重劑。加重劑主要有重晶石、鈦鐵礦粉、鐵礦粉、鹽等。晶石、鈦鐵礦粉、鐵礦粉、鹽等。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿密度水泥漿密度固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán) （4 4）密度的測(cè)量方法）密度的測(cè)量方法：常壓鉆井液密度計(jì)、：常壓鉆井液密度計(jì)、加壓鉆井液密度計(jì)、振蕩管密度計(jì)和核密度計(jì)等。加壓鉆井液密度計(jì)、振蕩管密度計(jì)和核密度計(jì)等。 影響密度測(cè)量準(zhǔn)確性的因素：影響密度測(cè)量準(zhǔn)確性的因素：溫度壓力、排量、溫度

10、壓力、排量、水泥漿混合效率、空氣混入、漿體穩(wěn)定性、安放水泥漿混合效率、空氣混入、漿體穩(wěn)定性、安放密度計(jì)的位置和取樣間隔等。密度計(jì)的位置和取樣間隔等。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿密度水泥漿密度固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)2、水泥漿穩(wěn)定性、水泥漿穩(wěn)定性 水泥漿的穩(wěn)定性，已越來(lái)越得到人們的重視。實(shí)踐已證水泥漿的穩(wěn)定性，已越來(lái)越得到人們的重視。實(shí)踐已證明，許多水泥漿由于配方設(shè)計(jì)不合理，穩(wěn)定性差，固相顆粒明，許多水泥漿由于配方設(shè)計(jì)不合理，穩(wěn)定性差，固相顆粒產(chǎn)生沉降，析出自由水。因此，容易形成橋堵或油氣水竄流產(chǎn)生沉降，析出自由水。因此，容易形成橋堵或油氣水竄流通道，特別是水平井和大斜度井更容易在井眼上側(cè)

11、形成連通通道，特別是水平井和大斜度井更容易在井眼上側(cè)形成連通的自由水帶和在下側(cè)形成固相沉降墊層引起竄槽。的自由水帶和在下側(cè)形成固相沉降墊層引起竄槽。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿穩(wěn)定性水泥漿穩(wěn)定性固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（1 1）穩(wěn)定性的表示方法）穩(wěn)定性的表示方法： 水泥漿的穩(wěn)定性一般可用游離水量（水泥石的體積收縮水泥漿的穩(wěn)定性一般可用游離水量（水泥石的體積收縮量）、水泥柱的縱向密度分布和表示。量）、水泥柱的縱向密度分布和表示。 實(shí)際應(yīng)用中，只要存在上述情況之一，都認(rèn)為水泥漿是實(shí)際應(yīng)用中，只要存在上述情況之一，都認(rèn)為水泥漿是不穩(wěn)定的，即：垂直水泥柱存在較大的密度梯度，和不穩(wěn)定的，即：垂直水

12、泥柱存在較大的密度梯度，和 / 或水或水泥漿靜止泥漿靜止2小時(shí)游離出較大的自由水。小時(shí)游離出較大的自由水。這兩種現(xiàn)象單獨(dú)發(fā)生，這兩種現(xiàn)象單獨(dú)發(fā)生，也可以同時(shí)出現(xiàn)。也可以同時(shí)出現(xiàn)。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿穩(wěn)定性水泥漿穩(wěn)定性固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（2 2）穩(wěn)定性的測(cè)量方法）穩(wěn)定性的測(cè)量方法： API標(biāo)準(zhǔn)的自由水；標(biāo)準(zhǔn)的自由水； 水泥柱縱向收縮；水泥柱縱向收縮； 水泥柱縱向密度梯度（分布）。水泥柱縱向密度梯度（分布）。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿穩(wěn)定性水泥漿穩(wěn)定性固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（3 3）提高穩(wěn)定性的方法：）提高穩(wěn)定性的方法： 提高水泥漿穩(wěn)定性就是降低游離水量和沉降量，主要

13、方法提高水泥漿穩(wěn)定性就是降低游離水量和沉降量，主要方法是增加漿體粘度和靜切力。是增加漿體粘度和靜切力。 增加水泥漿的粘度：增加水泥漿的粘度：減少用水量（增加水泥或減輕劑或加重減少用水量（增加水泥或減輕劑或加重劑）、增加固相物細(xì)度、加入增粘聚合物（一般受溫度影響劑）、增加固相物細(xì)度、加入增粘聚合物（一般受溫度影響大）。大）。 增加水泥漿的靜切力（膠凝強(qiáng)度）：增加水泥漿的靜切力（膠凝強(qiáng)度）：一般可加入一般可加入AlCl3、 FeCl3和硫酸鋁等。和硫酸鋁等。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿穩(wěn)定性水泥漿穩(wěn)定性固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán) （4）應(yīng)注意的問(wèn)題：）應(yīng)注意的問(wèn)題： 應(yīng)區(qū)分概念膠凝與絮凝。應(yīng)區(qū)

14、分概念膠凝與絮凝。流變學(xué)角度，流變學(xué)角度，膠凝膠凝是由靜止是由靜止而產(chǎn)生的觸變性，施加外力即可恢復(fù)流動(dòng)；而而產(chǎn)生的觸變性，施加外力即可恢復(fù)流動(dòng)；而絮凝絮凝則是生則是生成具有結(jié)構(gòu)性的絮凝物，施加外力不能分散流動(dòng)，只能整成具有結(jié)構(gòu)性的絮凝物，施加外力不能分散流動(dòng)，只能整體移動(dòng)。體移動(dòng)?；瘜W(xué)角度，化學(xué)角度，膠凝是生成具有膠體結(jié)構(gòu)的凝膠；絮膠凝是生成具有膠體結(jié)構(gòu)的凝膠；絮凝則是生成沉淀物。凝則是生成沉淀物。 應(yīng)注意靜切力提高值應(yīng)適當(dāng)。應(yīng)注意靜切力提高值應(yīng)適當(dāng)。要充分估計(jì)停泵一定時(shí)間要充分估計(jì)停泵一定時(shí)間內(nèi)能開(kāi)泵循環(huán)和不壓漏地層。內(nèi)能開(kāi)泵循環(huán)和不壓漏地層。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿穩(wěn)定性水

15、泥漿穩(wěn)定性固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)3、水泥漿流變性、水泥漿流變性 流變參數(shù)是描述水泥漿在外力作用下，產(chǎn)生流流變參數(shù)是描述水泥漿在外力作用下，產(chǎn)生流動(dòng)的特點(diǎn)的參數(shù)。動(dòng)的特點(diǎn)的參數(shù)。 它的合理描述和準(zhǔn)確測(cè)量，直接影響準(zhǔn)確計(jì)算它的合理描述和準(zhǔn)確測(cè)量，直接影響準(zhǔn)確計(jì)算注水泥過(guò)程的流動(dòng)摩阻壓力。注水泥過(guò)程的流動(dòng)摩阻壓力。 常用流變模式參數(shù)有：常用流變模式參數(shù)有： 、 ( (賓漢賓漢) )，n n、k(k(冪律冪律) )， 、n n、k(k(赫赫巴巴) )等。等。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿流變性水泥漿流變性sop固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)冪律模式冪律模式：nK 賓漢模式賓漢模式：p0赫巴模式赫巴模式：ns

16、K通過(guò)線性比較法、回歸分析法、方差分析法進(jìn)行流變模式選擇通過(guò)線性比較法、回歸分析法、方差分析法進(jìn)行流變模式選擇流變參數(shù)計(jì)算流變參數(shù)計(jì)算300100030060030006000.00150.5115110.001:0.5111022pppp水泥漿: 鉆井液與前置液3001003006003006002.092lg()0.5115113.322lg():0.5111022nnnKnK水泥漿: 鉆井液與前置液23003300330033003100610060.26120.511()0.511()5115.110.511lg0.5110.511(0.2550.745):0.511(0.3880.6

17、12)xsxnnxxxxKn水泥漿: 鉆井液與前置液二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿流變性水泥漿流變性固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（1 1）流變性能的測(cè)定方法：）流變性能的測(cè)定方法： 常壓、常溫，采用六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)或范式常壓、常溫，采用六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)或范式35型粘度計(jì)型粘度計(jì) 常壓、中溫（常壓、中溫（82），用范式），用范式35型粘度計(jì)；型粘度計(jì)； 高溫高壓下，用增壓流變儀，如高溫高壓下，用增壓流變儀，如7400型流變儀。型流變儀。 只有正確的描述（模型選擇）和測(cè)出（測(cè)試儀器和條件）只有正確的描述（模型選擇）和測(cè)出（測(cè)試儀器和條件）水泥漿的流變性能，才能準(zhǔn)確計(jì)算注水泥的流動(dòng)摩阻，合理的水泥漿的流

18、變性能，才能準(zhǔn)確計(jì)算注水泥的流動(dòng)摩阻，合理的安排地面設(shè)備，防止發(fā)生井下事故（漏失），提高頂替效率。安排地面設(shè)備，防止發(fā)生井下事故（漏失），提高頂替效率。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿流變性水泥漿流變性固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（2 2）流變性能的影響因素：）流變性能的影響因素： 水泥漿的流變學(xué)性質(zhì)，不僅受其本身水化過(guò)程水泥漿的流變學(xué)性質(zhì)，不僅受其本身水化過(guò)程的影響，還受溫度、壓力、剪切時(shí)間、水灰比、的影響，還受溫度、壓力、剪切時(shí)間、水灰比、外摻料和外加劑等的影響。外摻料和外加劑等的影響。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿流變性水泥漿流變性固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán) 溫度的影響溫度的影響 一般情

19、況下，溫度對(duì)水泥漿流變性能有很顯著的影響，一般情況下，溫度對(duì)水泥漿流變性能有很顯著的影響，其影響的程度往往與外加劑體系有關(guān)。其影響的程度往往與外加劑體系有關(guān)。流變參數(shù)流變參數(shù)27507590120150175 ，Pa8.136.574.371.880.55/ ，Pa.s0.62190.58650.33440.26520.20930.14210.1419注注水泥漿密度水泥漿密度c=2.25g/cm3，壓力為，壓力為15MPa。op二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿流變性水泥漿流變性固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán) 壓力的影響壓力的影響 一般情況下，壓力對(duì)流變性能的影響不如溫度明顯。一般情況下，壓力對(duì)流變

20、性能的影響不如溫度明顯。流變參數(shù)流變參數(shù)常壓常壓20 MPa40 MPa60 MPa80 MPa100 MPa ，Pa4.665.495.916.036.156.21 ，Pa.s0.47480.55260.59560.59930.67030.6122注注水泥漿密度水泥漿密度c=1.91g/cm3，溫度為，溫度為75。op二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿流變性水泥漿流變性固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán) 密度的影響密度的影響 隨密度的增加，水泥漿的流變性能有較明顯的影響。隨密度的增加，水泥漿的流變性能有較明顯的影響。 這也是在易漏失井注水泥時(shí)，限制施工密度波動(dòng)上限的這也是在易漏失井注水泥時(shí)，限制施工密

21、度波動(dòng)上限的因素之一。因素之一。流變參數(shù)流變參數(shù)水泥漿密度，水泥漿密度，g/cm31.701.771.801.851.912.07 ，Pa1.9132.8054.3350.9311.7724.355 ，Pa.s6.06.89.811.329.376.5po二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿流變性水泥漿流變性固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)4、水泥漿濾失量、水泥漿濾失量 水泥漿中的自由水在壓差作用下，通過(guò)井壁滲入到地水泥漿中的自由水在壓差作用下，通過(guò)井壁滲入到地層中的現(xiàn)象。層中的現(xiàn)象。 APIAPI根據(jù)大量實(shí)踐和研究，總結(jié)出了公認(rèn)的濾失量控制根據(jù)大量實(shí)踐和研究，總結(jié)出了公認(rèn)的濾失量控制情況。情況。 控制

22、很好：控制很好：200ml200ml 控制中等：控制中等：200200 500ml500ml 控制較差：控制較差：500500 1000ml1000ml 不能控制：不能控制：1000ml1000ml二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿濾失量水泥漿濾失量固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán) 1982年年D.K. Smith指出，指出，6.9MPa下，不同用途的水泥漿下，不同用途的水泥漿的濾失量，應(yīng)達(dá)到以下要求：的濾失量，應(yīng)達(dá)到以下要求： 防氣竄：防氣竄：30 50ml/30min 固尾管和擠水泥：固尾管和擠水泥：50ml/30min 固套管：固套管：250ml/30min 防竄水泥漿在防竄水泥漿在BHST下測(cè)

23、定，其余在下測(cè)定，其余在BHCT下測(cè)定。下測(cè)定。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿濾失量水泥漿濾失量固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（1 1）降低濾失量的目的）降低濾失量的目的 降低水泥漿的濾失量，能防止因滲透性地層的濾失降低水泥漿的濾失量，能防止因滲透性地層的濾失作用引起施工事故和油氣層的損害。作用引起施工事故和油氣層的損害。 防止施工事故防止施工事故 生成過(guò)厚的濾餅，泵壓增加，可能憋漏地層；生成過(guò)厚的濾餅，泵壓增加，可能憋漏地層； 過(guò)早的脫水，有瞬凝的危險(xiǎn)；過(guò)早的脫水，有瞬凝的危險(xiǎn)； 縮短稠化時(shí)間，導(dǎo)致過(guò)早凝結(jié)；縮短稠化時(shí)間，導(dǎo)致過(guò)早凝結(jié)； 降低水泥石強(qiáng)度；降低水泥石強(qiáng)度； 環(huán)空橋塞，產(chǎn)生層間竄流

24、。環(huán)空橋塞，產(chǎn)生層間竄流。 二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿濾失量水泥漿濾失量固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán) 防止油氣層損害防止油氣層損害 水泥漿濾失的濾液所造成的對(duì)油氣層的損害，是長(zhǎng)期水泥漿濾失的濾液所造成的對(duì)油氣層的損害，是長(zhǎng)期關(guān)注的問(wèn)題。關(guān)注的問(wèn)題。 濾液侵入使粘土膨脹、絮凝及坍塌；濾液侵入使粘土膨脹、絮凝及坍塌； 與地層水反應(yīng)生成沉淀；與地層水反應(yīng)生成沉淀； 與鉆井液濾液反應(yīng)生成沉淀。與鉆井液濾液反應(yīng)生成沉淀。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿濾失量水泥漿濾失量固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（2 2）降低濾失量的方法）降低濾失量的方法 在油氣井注水泥中，降低水泥漿濾失量的方法有：在油氣井注水泥中

25、，降低水泥漿濾失量的方法有： 降低水灰比，減少自由水；降低水灰比，減少自由水； 改善水泥漿固相顆粒的粒度級(jí)配，增加微米級(jí)細(xì)顆粒的含量；改善水泥漿固相顆粒的粒度級(jí)配，增加微米級(jí)細(xì)顆粒的含量； 加入降失水劑：加入降失水劑： 增加水的粘度；增加水的粘度； 迅速形成致密濾餅。迅速形成致密濾餅。 值得注意的是：值得注意的是：選擇能迅速生成濾餅，而不明顯增加粘度的選擇能迅速生成濾餅，而不明顯增加粘度的材料作降失水劑最好。典型的有膠乳和非滲透劑。材料作降失水劑最好。典型的有膠乳和非滲透劑。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿濾失量水泥漿濾失量固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（3 3）降失水劑類型）降失水劑類型 常用的

26、降失水劑主要有兩大類：微粒和水溶性高聚物。常用的降失水劑主要有兩大類：微粒和水溶性高聚物。 微粒材料微粒材料 無(wú)機(jī)固相材料，如粘土、超細(xì)鈣、微硅等；無(wú)機(jī)固相材料，如粘土、超細(xì)鈣、微硅等； 油溶有機(jī)材料：如膠乳。常用的有丁苯膠乳（油溶有機(jī)材料：如膠乳。常用的有丁苯膠乳（176 ）、二）、二氯乙烯和聚醋酸乙烯酯（低于氯乙烯和聚醋酸乙烯酯（低于）等。）等。 水溶性高聚物水溶性高聚物 主要包括：合成的水溶性聚合物和改性的天然高分子聚合物。主要包括：合成的水溶性聚合物和改性的天然高分子聚合物。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿濾失量水泥漿濾失量固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)5、稠化時(shí)間、稠化時(shí)間 在注水泥施工

27、中，由于水泥顆粒的不斷水化，水泥漿在注水泥施工中，由于水泥顆粒的不斷水化，水泥漿的粘度將逐漸增加，直至增稠至不能流動(dòng)。為了保證注水的粘度將逐漸增加，直至增稠至不能流動(dòng)。為了保證注水泥作業(yè)的施工安全，必須事先測(cè)定水泥漿在與井內(nèi)相同溫泥作業(yè)的施工安全，必須事先測(cè)定水泥漿在與井內(nèi)相同溫度和壓力下的稠化時(shí)間，作為施工作業(yè)時(shí)間的依據(jù)。度和壓力下的稠化時(shí)間，作為施工作業(yè)時(shí)間的依據(jù)。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿稠化時(shí)間水泥漿稠化時(shí)間固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（1 1）可泵性與稠度）可泵性與稠度 對(duì)水泥漿的可泵性與稠度的關(guān)系，目前仍然說(shuō)法不一，但對(duì)水泥漿的可泵性與稠度的關(guān)系，目前仍然說(shuō)法不一，但一般認(rèn)為：

28、一般認(rèn)為： 容易泵注：容易泵注：5 20BC； 不易泵注：不易泵注：20 30BC； 難于泵注：難于泵注：30 40BC； 不能泵注：不能泵注：40BC（也有認(rèn)為高密度（也有認(rèn)為高密度50BC ）；）； 易沉降，伴有自由水：易沉降，伴有自由水： 5BC（也有認(rèn)為（也有認(rèn)為2BC）。）。 值得注意：值得注意：說(shuō)法雖不一，并無(wú)防礙，因用稠度描述可泵性說(shuō)法雖不一，并無(wú)防礙，因用稠度描述可泵性只是定性的，實(shí)際施工中是以流變性作定量設(shè)計(jì)的。只是定性的，實(shí)際施工中是以流變性作定量設(shè)計(jì)的。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿稠化時(shí)間水泥漿稠化時(shí)間固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（2 2）稠化時(shí)間與初終凝時(shí)間的關(guān)系）稠

29、化時(shí)間與初終凝時(shí)間的關(guān)系 初終凝時(shí)間是用韋卡儀在靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)得的，初終凝時(shí)間是用韋卡儀在靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)得的，稠化時(shí)間是用稠化儀，在水泥漿始終處于運(yùn)動(dòng)狀稠化時(shí)間是用稠化儀，在水泥漿始終處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下測(cè)得的。盡管所用儀器和水泥漿所處狀態(tài)都態(tài)下測(cè)得的。盡管所用儀器和水泥漿所處狀態(tài)都不相同，但仍存在一定的關(guān)系。以下是摘錄自蘇不相同，但仍存在一定的關(guān)系。以下是摘錄自蘇聯(lián)一專利的數(shù)據(jù)。聯(lián)一專利的數(shù)據(jù)。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿稠化時(shí)間水泥漿稠化時(shí)間固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)稠化時(shí)間與初終凝的關(guān)系稠化時(shí)間與初終凝的關(guān)系 從表中數(shù)據(jù)可以看出，一般情況下，稠化時(shí)間比初凝時(shí)間提前，大約從表中數(shù)據(jù)可以看出，一般

30、情況下，稠化時(shí)間比初凝時(shí)間提前，大約在在1530min之間。之間。 國(guó)內(nèi)作初凝時(shí)間一般都是在常壓下進(jìn)行。溫度相同，國(guó)內(nèi)作初凝時(shí)間一般都是在常壓下進(jìn)行。溫度相同，壓力不同時(shí)就沒(méi)有這種關(guān)系。壓力不同時(shí)就沒(méi)有這種關(guān)系。序號(hào)序號(hào)密度密度g/cm3水灰比水灰比溫度溫度壓力壓力MPa流動(dòng)度流動(dòng)度cm稠化時(shí)間稠化時(shí)間min初凝初凝min終凝終凝min11.820.5100402313015017014050251601802001607027195210230180802920022025022.190.3210040201351601951607017519522018010022025027531.78

31、0.4510040211201451701405014017020016070230215240二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥漿稠化時(shí)間水泥漿稠化時(shí)間固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（3 3）稠化時(shí)間的調(diào)節(jié)）稠化時(shí)間的調(diào)節(jié)促凝：無(wú)機(jī)金屬鹽，有機(jī)物促凝：無(wú)機(jī)金屬鹽，有機(jī)物緩凝：有機(jī)酸，無(wú)機(jī)酸，高分子聚合物，纖維素衍生物緩凝：有機(jī)酸，無(wú)機(jī)酸，高分子聚合物，纖維素衍生物 副副 作作 用：水質(zhì)敏感性，降強(qiáng)，非單調(diào)性，加量指數(shù)變化，流變、降用：水質(zhì)敏感性，降強(qiáng)，非單調(diào)性，加量指數(shù)變化，流變、降濾協(xié)調(diào)性與選擇性濾協(xié)調(diào)性與選擇性 緩凝的作用機(jī)理：抑制水泥礦物組分水化速度，延緩結(jié)晶過(guò)程緩凝的作用機(jī)理：抑制水泥礦物組

32、分水化速度，延緩結(jié)晶過(guò)程 吸附理論吸附理論 分子吸附于水化顆粒表面，阻止水的接觸分子吸附于水化顆粒表面，阻止水的接觸(屏蔽層屏蔽層) 組合理論組合理論 分子與液相中分子與液相中 Ca2+離子整合，阻礙晶核生成離子整合，阻礙晶核生成(奪電子奪電子) 晶核毒化理論晶核毒化理論 分于吸附于最初生成的核晶表面，阻止晶體連生，分于吸附于最初生成的核晶表面，阻止晶體連生，難于形成聚晶體難于形成聚晶體 沉淀理論沉淀理論 分子與分子與 Ca2+和和(OH)-離子作用，沉淀于水化表面，阻止離子作用，沉淀于水化表面，阻止水向肢體內(nèi)部滲透，抑制水化。水向肢體內(nèi)部滲透，抑制水化。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥

33、漿稠化時(shí)間水泥漿稠化時(shí)間固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)6、水泥石強(qiáng)度、水泥石強(qiáng)度 固井注水泥的目的之一，就是在井壁與套管之間保持良好固井注水泥的目的之一，就是在井壁與套管之間保持良好的封隔，在正常生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)的任何時(shí)候，都不允許地層流體或的封隔，在正常生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)的任何時(shí)候，都不允許地層流體或完井液通過(guò)水泥環(huán)在環(huán)空中流動(dòng)。完井液通過(guò)水泥環(huán)在環(huán)空中流動(dòng)。 （1 1）水泥石強(qiáng)度作用）水泥石強(qiáng)度作用主要包括主要包括3方面的含義：方面的含義： 承受地層壓力；承受地層壓力； 支撐套管；支撐套管； 封隔地層。封隔地層。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥石強(qiáng)度水泥石強(qiáng)度固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（2 2）水泥石抗壓強(qiáng)度）水泥石

34、抗壓強(qiáng)度二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥石強(qiáng)度水泥石強(qiáng)度（中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6544- 2003） 不同封固層水泥石抗壓強(qiáng)度要求 套管層次水泥漿類型密度，g/cm38h抗壓強(qiáng)度，MPa24h抗壓強(qiáng)度，MPa表層套管領(lǐng)漿1.601.83.5尾漿1.903.58.0技術(shù)套管領(lǐng)漿1.602.13.5尾漿1.905.011.0技術(shù)尾管1.905.014.0生產(chǎn)套管領(lǐng)漿1.60-8.0尾漿1.90-14.0生產(chǎn)尾管1.90-14.0固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（3 3）水泥的固結(jié)特性）水泥的固結(jié)特性-膠結(jié)強(qiáng)度膠結(jié)強(qiáng)度 要保證水泥石與套管和地層之間的膠結(jié)質(zhì)量，達(dá)到有效封隔地層，要保證水

35、泥石與套管和地層之間的膠結(jié)質(zhì)量，達(dá)到有效封隔地層，應(yīng)考慮兩個(gè)膠結(jié)特性：剪切膠結(jié)力和水力膠結(jié)力。應(yīng)考慮兩個(gè)膠結(jié)特性：剪切膠結(jié)力和水力膠結(jié)力。 剪切膠結(jié)力剪切膠結(jié)力 ：支撐套管的自重。一般通過(guò)測(cè)量水泥石與套管間支撐套管的自重。一般通過(guò)測(cè)量水泥石與套管間開(kāi)始產(chǎn)生移動(dòng)時(shí)的作用力確定，用單位接觸面積上所需作用力的大開(kāi)始產(chǎn)生移動(dòng)時(shí)的作用力確定，用單位接觸面積上所需作用力的大小表示。一般情況下，剪切膠結(jié)強(qiáng)度為抗壓強(qiáng)度的小表示。一般情況下，剪切膠結(jié)強(qiáng)度為抗壓強(qiáng)度的10 % 20%。 水力膠結(jié)力：水力膠結(jié)力：水力是阻止流體在環(huán)空中竄移的能力，一水力是阻止流體在環(huán)空中竄移的能力，一般通過(guò)測(cè)定套管與水泥環(huán)之間開(kāi)始滲

36、漏的壓力確定。般通過(guò)測(cè)定套管與水泥環(huán)之間開(kāi)始滲漏的壓力確定。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥石強(qiáng)度水泥石強(qiáng)度固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán) 值得注意：值得注意： 水泥環(huán)達(dá)到最大剪切膠結(jié)強(qiáng)度的時(shí)間與養(yǎng)護(hù)溫度有關(guān)（如水泥環(huán)達(dá)到最大剪切膠結(jié)強(qiáng)度的時(shí)間與養(yǎng)護(hù)溫度有關(guān)（如20為為7d，70為為3d），且最大剪切膠結(jié)強(qiáng)度的大小與表面粗），且最大剪切膠結(jié)強(qiáng)度的大小與表面粗糙度和溫度有關(guān)（粗糙度增加最大膠結(jié)強(qiáng)度增加，溫度升高最大糙度和溫度有關(guān)（粗糙度增加最大膠結(jié)強(qiáng)度增加，溫度升高最大膠結(jié)強(qiáng)度一般要降低）。膠結(jié)強(qiáng)度一般要降低）。 對(duì)于有效封隔地層來(lái)說(shuō)，水力膠結(jié)強(qiáng)度比剪切膠結(jié)強(qiáng)對(duì)于有效封隔地層來(lái)說(shuō)，水力膠結(jié)強(qiáng)度比剪切膠

37、結(jié)強(qiáng)度的作用更大。度的作用更大。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥石強(qiáng)度水泥石強(qiáng)度固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（4 4）水泥石的抗折強(qiáng)度）水泥石的抗折強(qiáng)度二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥石強(qiáng)度水泥石強(qiáng)度 評(píng)價(jià)水泥石韌性的方法主要有：評(píng)價(jià)水泥石韌性的方法主要有： 抗沖擊韌性試驗(yàn)：指水泥試件受沖擊斷裂后所消耗能量抗沖擊韌性試驗(yàn)：指水泥試件受沖擊斷裂后所消耗能量(或稱斷裂或稱斷裂功功)的大小。用以表示水泥環(huán)承受沖擊的能力。的大小。用以表示水泥環(huán)承受沖擊的能力。 抗折強(qiáng)度試驗(yàn)?？拐蹚?qiáng)度又稱為彎曲抗拉強(qiáng)度，測(cè)定水泥試件在抗抗折強(qiáng)度試驗(yàn)?？拐蹚?qiáng)度又稱為彎曲抗拉強(qiáng)度，測(cè)定水泥試件在抗折實(shí)驗(yàn)機(jī)上連續(xù)均勻加載條

38、件下斷裂時(shí)的荷載，并計(jì)算出其抗折強(qiáng)度。折實(shí)驗(yàn)機(jī)上連續(xù)均勻加載條件下斷裂時(shí)的荷載，并計(jì)算出其抗折強(qiáng)度。 彈性模量試驗(yàn)。彈性模量實(shí)際上代表了材料抵抗變形的能力。彈性彈性模量試驗(yàn)。彈性模量實(shí)際上代表了材料抵抗變形的能力。彈性模量越大，材料越不容易變形，剛性也就越大。模量越大，材料越不容易變形，剛性也就越大。 抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。測(cè)定水泥試件在受到均勻拉伸載荷的作用下斷裂時(shí)抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。測(cè)定水泥試件在受到均勻拉伸載荷的作用下斷裂時(shí)的載荷，并計(jì)算出抗拉強(qiáng)度。的載荷，并計(jì)算出抗拉強(qiáng)度。 實(shí)彈射孔試驗(yàn)。模擬井下溫度和壓力條件下養(yǎng)護(hù)水泥環(huán)并用實(shí)彈射實(shí)彈射孔試驗(yàn)。模擬井下溫度和壓力條件下養(yǎng)護(hù)水泥環(huán)并用實(shí)彈射孔，以觀察

39、水泥環(huán)孔眼是否整齊，有無(wú)碎裂及裂紋，評(píng)價(jià)水泥塑性?？?，以觀察水泥環(huán)孔眼是否整齊，有無(wú)碎裂及裂紋，評(píng)價(jià)水泥塑性。 固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán) 上述5種方法對(duì)固井工程都具有實(shí)際的指導(dǎo)意義，但試驗(yàn)的難度具有很大的差別。對(duì)比而言，抗折強(qiáng)度、彈性模量試驗(yàn)操作較為簡(jiǎn)單，對(duì)試件的要求較低，而且能定量的分析水泥石韌性變形能力的大小。因此，現(xiàn)在主要以水泥石的抗折強(qiáng)度、彈性模量試驗(yàn)所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)價(jià)水泥石的韌性。 二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥石強(qiáng)度水泥石強(qiáng)度固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)7、水泥石滲透率、水泥石滲透率 滲透率是一定壓力下，水泥石允許流體通過(guò)的特性。滲透率是一定壓力下，水泥石允許流體通過(guò)的特性。 一般情況

40、下，對(duì)水泥石滲透率應(yīng)小于一般情況下，對(duì)水泥石滲透率應(yīng)小于0.010.0110-3m10-3m2 2，用，用于封固腐蝕性地層應(yīng)盡量降低滲透率。據(jù)美國(guó)主要頁(yè)巖氣產(chǎn)層于封固腐蝕性地層應(yīng)盡量降低滲透率。據(jù)美國(guó)主要頁(yè)巖氣產(chǎn)層儲(chǔ)層物性統(tǒng)計(jì)，孔隙度為儲(chǔ)層物性統(tǒng)計(jì)，孔隙度為4.224.226.51% 6.51% ，滲透率為，滲透率為40.940.91010-6-6 mm 。二、水泥漿的性能二、水泥漿的性能-水泥石滲透率水泥石滲透率儲(chǔ)層類型儲(chǔ)層類型名稱名稱孔隙度，孔隙度，% 滲透率滲透率 10-3m-2特高孔特高滲特高孔特高滲302000高孔高滲高孔高滲25305002000中孔中滲中孔中滲1525100500

41、低孔低滲低孔低滲101510100特低孔特低滲特低孔特低滲10 MgKPO4.6H2O四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)4 4）FNFN型耐高溫油井水泥型耐高溫油井水泥 撫順?biāo)喙煞萦邢薰踞槍?duì)遼河油田熱采油井的固井需求，其主要適用于井底溫度在l10300條件下的固井施工。 理論依據(jù)是：純熟料油井水泥在井底溫度超過(guò)ll0濕熱條件下，C2S和C3S最初水化生成C2SH2和Ca(OH)2，C2SH2不穩(wěn)定，發(fā)生晶形轉(zhuǎn)變，先是生成C2SH(A)，接著由C2SH(A)轉(zhuǎn)變?yōu)镃2SH(C)，使水泥形成以C2SH(A)和C2SH(C)為主體的混合

42、物相。這2種水化礦物的強(qiáng)度均小于2MPa，再加上它們?cè)诠腆w狀態(tài)下晶形轉(zhuǎn)變破壞了水泥石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成高溫強(qiáng)度急劇下降，甚至有崩潰的可能。為了減輕硅酸鹽油井水泥高溫強(qiáng)度的衰減，應(yīng)在水泥中摻入一定比例的高溫穩(wěn)定劑，使低堿性的CSH(B)成為水泥石的主要水化產(chǎn)物，而纖維狀的CSH(B)單體高溫穩(wěn)定強(qiáng)度高達(dá)33.1 MPa，因此提高了硅酸鹽油井水泥在高溫下的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。 四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（3）抗高溫添加劑緩凝劑1）木質(zhì)素磺酸鹽類 這類緩凝劑主要是影響C3S的水化動(dòng)力學(xué)，對(duì)高C,A的水泥，由于C,A對(duì)木質(zhì)素磺酸鹽的強(qiáng)烈吸附

43、，影響緩凝劑到達(dá)C3S的表面；對(duì)低C,A含量的水泥，此緩凝劑的效果較好。 此類緩凝劑主要是從木材、紙漿廢液中提取的一種天然高分子，含有各種糖類化合物。 優(yōu)點(diǎn)是：原材料來(lái)源廣泛，使用普遍 。 缺點(diǎn)是：由于材料來(lái)源分散，木質(zhì)素磺酸鹽的組成、結(jié)構(gòu)，特別是低分子量糖類含量的非均一性，導(dǎo)致性能的差異，使用前必須做大量的試驗(yàn)，以確定稠化時(shí)間和調(diào)整水泥漿其它性能。 四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)2）羥基羧酸及其鹽類 主要有葡萄糖酸、檸檬酸、酒石酸、水楊酸、蘋(píng)果酸、乳酸、葡庚糖酸及它們的鹽。 主要依靠分子中或羥基羧酸基團(tuán)（HOCCOOH），（HO

44、CCCO2H）。這些基團(tuán)對(duì)陽(yáng)離子（如Ca2+）有很強(qiáng)的螯合能力，形成高度穩(wěn)定的五元環(huán)或六元環(huán)結(jié)構(gòu)，部分地吸附于水泥顆粒表面“毒化”水化產(chǎn)物成核中心阻礙核的生長(zhǎng)，達(dá)到抑制水化目的。 （3）抗高溫添加劑緩凝劑四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)3）糖類化合物 糖類的緩凝作用取決于其在堿性條件下水解的敏感度。糖轉(zhuǎn)化為含有羥羰基（HOCCO）的葡萄糖酸，將強(qiáng)烈地吸附在CSH凝膠表面，使CSH凝膠的成核中心被吸附于表面的陰離子“毒化”，從而起到抑制水化的作用。 但是由于這類緩凝劑其緩凝效果對(duì)很小的濃度變化都表現(xiàn)得非常敏感，故在應(yīng)用上受到限制。這類

45、外加劑影響水泥石的強(qiáng)度。 （3）抗高溫添加劑緩凝劑四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)4）纖維素衍生物 主要來(lái)源于木材或其它植物的聚多糖。 其緩凝作用是:聚多糖吸附在水泥顆粒上，同時(shí)使水泥漿的粘度增加，水滲入水泥顆粒的速度減慢。另外，聚多糖還能控制濾失量。 在水泥漿，但它易使水泥漿體系增稠，常與減阻劑復(fù)合使用。 （3）抗高溫添加劑緩凝劑四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)5）鋁、鋅、硼氧化物 （無(wú)機(jī)鹽） 溶解度很小的Zn(OH)2吸附或沉積在水化水泥顆粒表面延緩水泥漿的凝結(jié)。一旦

46、形成三羥基水化鋅酸鈣后，就會(huì)促進(jìn)水化、加速水泥的硬化和促進(jìn)水泥后期強(qiáng)度的發(fā)展。 但存在加量敏感、易發(fā)泡、副作用大等缺點(diǎn)，硼酸鈉與纖維素類和聚胺類降失水劑配伍使用時(shí)，有可能使降失水效果下降。 （3）抗高溫添加劑緩凝劑四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)6）有機(jī)膦酸鹽 烷基膦酸和它的鹽類近來(lái)常用作油井水泥緩凝劑。這種村料有優(yōu)越的水化穩(wěn)定性并且使用溫度溫可高達(dá)204。 對(duì)于這類緩凝劑的作用機(jī)理還未完全搞清楚，就目前研究結(jié)果看來(lái)，緩凝作用可能是膦酸鹽基團(tuán)吸附在水泥顆粒表面進(jìn)而阻止水泥水化，與其它緩凝劑作用原理相似。 國(guó)內(nèi)常用的有機(jī)膦酸鹽類緩凝劑

47、為羥基乙叉二膦酸。 （3）抗高溫添加劑緩凝劑四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)AMPS/AA共聚物 在堿性溶液中，甚至在較高溫度下，由于AMPS分子中磺酸鹽基團(tuán)的保護(hù)作用，因而使共聚物穩(wěn)定。 其緩凝機(jī)理可以絡(luò)合作用和抑制成核的協(xié)同作用機(jī)理。 AMPS-衣康酸共聚物 AMPS衣康酸（甲叉基丁二酸）共聚物中，AMPS與衣康酸的摩爾比為73/27時(shí)有非常優(yōu)越的緩凝作用，其上限溫度可達(dá)260而無(wú)須強(qiáng)化劑。與AMPS/A相比，本體系有更強(qiáng)的緩凝作用，這可能是由于丙烯酸是單羧酸而衣康酸是雙羧基酸的緣故。 7）合成高溫緩凝劑AMPS共聚物體系 （3

48、）抗高溫添加劑緩凝劑四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)中國(guó)石油大學(xué)（華東）開(kāi)發(fā)的緩凝劑1）采用曼尼希反應(yīng)和磺化醛酮共聚合反應(yīng)原理分別合成了有機(jī)膦酸鹽SDH-1和有機(jī)聚合物SDH-2兩種緩凝劑，差熱熱重分析（DTA-TG）說(shuō)明SDH-1緩凝劑在230時(shí)才開(kāi)始發(fā)生熱解 。 2）聚合物緩凝劑WR，當(dāng)聚合物的加量為2%時(shí)，水泥漿在180下的稠化時(shí)間可達(dá)298min 。（衣康酸、丙烯酸和AMPS ）3）AMPS和順丁烯二酸為合成單體 ，寬帶緩凝劑AS 。中溫條件下檢驗(yàn)為二級(jí)品，高溫條件下檢驗(yàn)為一級(jí)品。 適于60150 。（3）抗高溫添加劑緩凝劑

49、四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)1) 纖維素類（3）抗高溫添加劑降失水劑 常用于油井水泥降失水的是各種纖維素醚類，包括羧甲基纖維素（CMC）羥乙基纖維素（HEC）羧甲基羥乙基纖維素（CMHEC）等。 纖維素醚類材料具有良好的降失水性能，增加或減少加量總可以將水泥漿的失水量控制在希望的范圍內(nèi)。 但是以上纖維素材料的加入，使水泥漿的稠度過(guò)大，使攪拌和泵送十分困難。此類材料還具有一定的侯凝現(xiàn)象，水泥漿不能在井下及時(shí)凝固，影響了生產(chǎn)。 四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)2) 其他水

50、溶性改性天然產(chǎn)物 類別報(bào)道概 要淀粉類胡俊明等16采用接枝共聚方法,在空氣存在下以過(guò)硫酸鹽、Mn3+或Mn7+為引發(fā)劑,直接用市售的淀粉(如羧甲基淀粉)與一種或多種乙烯類單體進(jìn)行接枝共聚反應(yīng),制得淀粉接枝共聚物。Sifferman等17使用環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)淀粉，可以提高淀粉的粘度，使其在20160具有良好的降失水性能。木質(zhì)素類Meister18通過(guò)接枝共聚反應(yīng)在木質(zhì)素磺酸鹽大分子鏈上引進(jìn)乙烯類側(cè)鏈。Schilling19使木質(zhì)素磺酸鹽與氨乙基哌嗪、二縮三(乙二胺)等多胺及甲醛發(fā)生曼尼奇反應(yīng)以制備胺基化木質(zhì)素磺酸鹽。褐煤類Huddleston20 21通過(guò)接枝共聚反應(yīng)在褐煤大分子鏈上引進(jìn)乙烯類側(cè)鏈

51、的方法。單寧類Huddleston2223通過(guò)接枝共聚改性。所用單寧為澳州荊樹(shù)皮單寧,屬于縮合類單寧；接枝物為AMPS及AMPS+AM。Eoff 24通過(guò)在單寧分子鏈上接枝乙烯類單體的方法。瓜爾膠Miller25以硼酸鹽交聯(lián)瓜爾豆膠，并加入至少一種表面活性劑干酪素Vijn26復(fù)合另一種降失水劑，通過(guò)協(xié)同起作用?？梢詮?fù)合纖維素衍生物淀粉瓜爾膠乙烯類水溶聚合物等。（3）抗高溫添加劑降失水劑四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)3）水溶性合成聚合物水溶性合成聚合物 合成降失水劑通常由含乙烯基單體聚合生成。 常用的陰離子單體有：2-丙烯酰胺基2-

52、甲基丙磺酸（AMPS）丙烯酸（AA）甲基丙烯酸衣康酸（IA）等；非離子單體有：丙烯酰胺（AM）N,N-二甲基丙烯酰胺N,N-二乙基丙烯酰胺N-甲基-N-乙烯基乙酰胺（VMAA）N-乙烯基-2-吡咯烷酮丁二烯甲基乙烯基醚甲基丙烯酸酯順丁烯二酸酐苯乙烯等；陽(yáng)離子單體有：3-甲基丙烯酰胺氧丙基三甲基氯化銨等。 （3）抗高溫添加劑降失水劑四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)單體概 要應(yīng)用條件與效果報(bào)道AHPS/AM/AMPS/(NVPAA)采用AHPS(3-烯丙氧基2-羥基丙磺酸)與AMPSAM聚合或再與NVPAA三元聚合加量1.5%（BWOC

53、），7Mpa下耐溫可以達(dá)到180，耐鹽達(dá)到36%(BWOW)Bair等2930AMPS/AM使聚合體系中保持一定的氧濃度，將聚合分為溫度不同的兩個(gè)階段，在聚合前加入一定量的丙烯酸聚合物分子量較小，水泥漿具有良好的流變性，加量0.4%-1.5%BWOC，水泥漿API失水100mlWalker31聚乙烯亞胺復(fù)合烷基苯磺酸堿金屬鹽和萘磺酸縮甲醛堿金屬鹽聚乙烯亞胺平均分子量40000-60000，加量0.4%-1.5%BWOCBrake32AMPS/AM/AA/NVP四元共聚物復(fù)合一種電解質(zhì)和至少一種表面活性劑可以在150-230應(yīng)用，耐溫耐鹽性能優(yōu)良Stephens333435AM /乙烯咪唑聚合物

54、復(fù)合NVP /乙烯磺酸鹽聚合物應(yīng)用不同分子量，按照不同比例復(fù)合后再與萘磺酸縮甲醛分散劑一同應(yīng)用水泥漿具有良好的流變性能和降失水性能，加量0.4%-1.5%BWOC，水泥漿API失水100mlCrema36NVP/ AM共聚物與一種含有磺化苯環(huán)的水泥分散劑復(fù)合應(yīng)用使用溫度27-150, 加量0.4%-1.5%BWOC，水泥漿API失水100mlCheung37AMPS/VMAA/AM將單體以一定的比例進(jìn)行共聚使用溫度93-260，可以耐飽和鹽水Ganguli38AM /乙烯基甲酰胺共聚物分子量100,000 至 3,000,000之間，與萘磺酸甲醛縮合物復(fù)合使用加量0.4%-1.5%BWOC，水

55、泥漿API失水100mlCrema394041部分水解聚醋酸乙烯酯進(jìn)行交聯(lián)并與硫酸鈣鹽復(fù)合使用，加少量消泡劑耐溫達(dá)到95，具有一定耐鹽性能Moran42AM /乙烯咪唑共聚物分子量在100,000 -3,000,000之間，與聚萘磺酸縮甲醛分散劑復(fù)合應(yīng)用加量0.5%（BWOC）左右可將失水量降至100ml以下Kucera4344AMPS/苯乙烯采用氧化還原引發(fā)體系，乳夜聚合加量0.5-1.0%（BWOC）可以在38-205使用Brothers45四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)1）低密度加石英砂的MTC 體系（4） 高溫水泥漿體系

56、理論上：加石英砂的低鈣漿體應(yīng)是高溫地?zé)峋淖罴堰x擇。 MTC體系其主要原料是礦渣，其含鈣相當(dāng)?shù)停运臒岱€(wěn)定性相當(dāng)好。石英砂是為了防止水泥在高溫下的強(qiáng)度衰減，溫度越高，加砂量越大，最大可以加到40%以上。 某井預(yù)計(jì)溫度在200左右，所以加砂量選為15%和30%。 四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（4） 高溫水泥漿體系2）高溫防氣竄膠乳水泥漿體系 其膠乳通過(guò)苯乙烯、丁二烯、聚乙烯醇等制備而成，具有穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。 室內(nèi)測(cè)其性能，膠乳水泥漿抗溫可達(dá)140，在高溫下的流動(dòng)性好；稠化曲線成直角，游離液為零，能夠防止油氣水竄的發(fā)生；水泥石抗

57、壓強(qiáng)度稍有降低，但改善了水泥石的部分力學(xué)性能，使水泥石抗折強(qiáng)度增加，韌性增強(qiáng)。摻入膠乳后水泥石的抗腐蝕性能得到顯著提高。 四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（4） 高溫水泥漿體系3）硅、鋁 高溫水泥漿體系 設(shè)計(jì)時(shí)考慮：組成為高溫穩(wěn)定相(鈣長(zhǎng)石、斜鈣沸石)、鋁調(diào)節(jié)劑和硅氧化物，硅、鋁的來(lái)源可以是微硅、硅/鋁微珠、偏高嶺土(煅燒高嶺石)、高嶺石(粘土)、粉煤灰，其中高嶺土和偏高嶺土的煅燒產(chǎn)品是最優(yōu)選擇。 另外在設(shè)計(jì)混合料時(shí)，要對(duì)粒子尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇合適的混合料加量配比，以便使高溫水泥漿體系達(dá)到緊密堆積，同時(shí)使得高溫水泥漿熱平衡后組成

58、為CaO-Al2O3-SiO2-H2O(CASH)礦物體系。 四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（4） 高溫水泥漿體系3）硅、鋁 高溫水泥漿體系水泥漿體系的CaO-Al2O3-SiO2三元組成相圖 四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（4） 高溫水泥漿體系（3）硅、鋁 高溫水泥漿體系四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-高溫水泥漿體系高溫水泥漿體系固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-深水固井水泥漿體系深水固井水泥漿體系2 2、深水固井水泥

59、漿體系、深水固井水泥漿體系（1）深水油氣開(kāi)發(fā)的前景）深水油氣開(kāi)發(fā)的前景 水深超過(guò)500米（1640英尺）的海域，水深超過(guò)1500米的稱為超深水。迄今已在全球70個(gè)地區(qū)鉆了2000多口探井，目前已成功在墨西哥海灣水深達(dá)3051米的海域進(jìn)行深水鉆井作業(yè)。 我國(guó)管轄的海域面積約300萬(wàn)km2，近海大陸架約130萬(wàn)km2，其中近海大陸架海區(qū)含油氣盆地面積近70萬(wàn)km2，共有大中型新生代沉積盆地16個(gè)，估計(jì)蘊(yùn)藏石油資源量約150-200億噸，占全國(guó)石油總資源量的18.3-22.5%，天然氣總資源量為14.09萬(wàn)億m3，占全國(guó)天然氣總資源量的32.7%。 在我國(guó)的深水海域中，南海有較好的油氣遠(yuǎn)景。南海是世

60、界著名的四大海洋油氣資源區(qū)之一，含油氣構(gòu)造200多個(gè)，油氣田180個(gè)，石油地質(zhì)儲(chǔ)量大致在230-300億噸之間，約占中國(guó)總資源量的1/3，有“第二個(gè)波斯灣”之稱。 固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)深水油深水油氣氣資源豐資源豐富富深水固井面臨新問(wèn)深水固井面臨新問(wèn)題題四四. .特殊固井水泥漿體系特殊固井水泥漿體系-深水固井水泥漿體系深水固井水泥漿體系（2）深水固井面臨的挑戰(zhàn)）深水固井面臨的挑戰(zhàn)固井技術(shù)培訓(xùn)步玉環(huán)（3 3）研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題）研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題研究人員研究人員研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容特點(diǎn)特點(diǎn)19741999Zuiderwijk (Shell)LIBIT CEMENT 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：配制簡(jiǎn)單、成本低；配制