文章编号:1001 5620(2006)04 0047 03
降低固井水泥浆密度的新技术
Fred Sabins
(固井解决方案公司(Cement ing Solut ions,Inc),美国)
摘要 针对现有低密度固井水泥浆存在的一些问题,介绍了一种有效降低水泥浆密度的新技术,即使用新型密度减轻材料 美国3M 公司生产的中空玻璃微球(HG S)作为密度减轻剂。介绍了中空玻璃微球H GS 的基本特点,对H GS 低密度水泥浆进行了杨氏模量和抗张强度实验、压力和温度循环下的胶结强度实验、钻穿测试实验及现场测试,并与泡沫水泥浆和硅酸钠水泥浆进行了对比。实验及测试结果表明,添加了中空玻璃微球H GS 的水泥浆有效地降低了密度,并且其混合、泵送及抗压强度、胶结质量等完全可以满足井下作业的要求。
关键词 固井 固井质量 低密度水泥浆 水泥浆添加剂 中空玻璃微球中图分类号:T E256
文献标识码:A
针对低密度固井水泥浆的应用日益增多及现阶段常用的一些低密度固井水泥浆存在的问题,提供了一种新的解决方案,即使用新型密度减轻材料 美国3M 公司生产的中空玻璃微球研制的新型低密度固井水泥浆体系。
1 传统低密度水泥浆体系的局限性
以水作为密度减轻剂的传统低密度水泥浆最低密度为1.5g/cm 3
,并且需要添加能够吸水并保持水泥均相的物质。虽然这种水泥浆成本低,但其抗压强度低,在强压下无法提供长期层间封隔。使用空心微珠可以使水泥浆密度降至1.35g /cm 3
。空心微珠是从火力发电的副产物 粉煤灰中通过漂选获得的,因此其质量较差,抗压强度较低(一般上限为13.8~20.7M Pa),闭空率较低,水容易进入使空心微珠密度很难控制,使其应用受到了较大限制。
使用氮气的泡沫水泥浆通常用来防止低压储层的循环漏失。但其渗透性高,抗压强度低,因此会导致固井失败和更高的完井成本。而且泡沫水泥浆施工设备较多,使用程序复杂,不易操作,并且存在井内摩阻较大(导致循环漏失)、难以控制固井质量、无法使用声波和超声波测量工具等局限性。
2 中空玻璃微球的基本特点
美国3M 公司生产的中空玻璃微球为薄壁白色
空心球体,成分为碱石灰、硼硅酸盐玻璃,不溶于水,pH 值为9.5,软化温度为600 。3M 中空玻璃微球H GS 系列产品性能如表1所示。
表1 3M 中空玻璃微球H GS 系列产品性能型号抗压强度M Pa 真实密度g /cm 3粒径分布(体积比)/ m 10%50%90%最大HG S200013.80.3220407580HG S300020.70.3518407585HG S400027.60.3815407585HG S500037.90.3816407585HG S600041.30.4615407080HG S1000068.90.6015305565HG S18000
124.0
0.60
11
30
50
60
H GS 中空玻璃微球的特点:为小粒径的完美球体,易混合、易泵送;不可压缩,可以方便准确地进行测井工作;有极高的强度密度比,因此在井下作业时
不会破碎;有相当高的闭空率,水不能进入球体,因此可以使密度保持恒定;呈化学惰性,不会与水泥浆中的其他添加剂发生反应,从而几乎可以和所有的固井水泥浆体系兼容;微球的各向应力一致,可以减少水泥在固化后的收缩;内部有少许气体存在,因此有很好的保温作用,这样就可以加快水泥水化速度,从而减少候凝时间,并且使水泥在短时间内就有较高的强度。
第一作者简介:F red Sabins,专家级高级工程师,作为首席研究员在Cement ing Solutions,Inc 工作了多年,有多年的固井
工作经验。地址:上海市兴义路8号万都中心大厦38层3M 中国有限公司总办事处;邮政编码200336;电话(021)62753535。
第23卷第4期 钻 井 液 与 完 井 液 V ol.23No.42006年7月 DRILLING FLUID &COMPLET ION FLU ID July 2006
3 室内实验
3.1 测试参数
基于典型陆地表层套管固井和海洋深海固井作业,建立以下模拟条件:井底循环温度为25.5 和15.5 ;井底静止温度为35.5 和7.2 ;增稠时间为4~6h;最大自由水含量为1%。实验使用 型水泥,用于对比评价的密度为1.38g/cm3的水泥浆有: 混有16.2%(BWOC)H GS的水泥浆,含水26838.57cm3/袋(7.09g al/sk); 泡沫水泥浆,含113.56cm3/袋(0.03gal/sk)Witcolate 7093和75.71cm3/袋(0.02g al/sk)Arom ox C/12,含水19684.14cm3/袋(5.20gal/sk); 混有3.0% (BW OC)硅酸钠的水泥浆,含水63859.9cm3/袋(16.87g al/sk)。配制H GS水泥浆时,除按H SG 的要求用水外,每添加1g H GS需要再添加1g水。
3.2 杨氏模量和抗张强度测试
对试样施加三轴负载以模拟井筒条件,测试其杨氏模量和抗张强度。将直径为3.8cm的试样切至7.6cm长,把末端置于地面直至与地面垂直,然后把其放于橡胶套管中并安装杨氏模量测试设备。设置轴向和局限应力为0.69MPa,使试样保持直立直至压力和张力达到平衡,然后每分钟加压0.17~ 0.35M Pa,直至试样断裂,结果见表2。
表2 1.38g/cm3水泥石的机械性能(1psi=6.895kPa)
水泥浆体系
局限应力(psi)下的
杨氏模量( 105psi)
050010001500
局限应力(psi)下的
有效抗压强度(psi)
050010001500
H GS 4.24 3.40 3.37 2.833880450847735006硅酸钠0.590.100.220.523156517771450泡沫 2.500.83 1.21 1.211590166920411956
按照AST M C190和AST M C496方法测试抗张强度,结果见表3。在ASTM C190方法中需拉伸水泥样品直至断裂,在AST M C496方法中,需每分钟向圆柱状样品侧面增加68.95kPa(10psi)压力直至样品裂开。杨氏模量和抗张强度测试结果表明,H GS中空玻璃微球低密度水泥浆比传统低密度水泥浆具有更高的抗压强度、张裂强度和抗张强度。加入H GS中空玻璃微球后,水泥石的抗压强度约为传统泡沫水泥石的2倍,抗张强度比硅酸钠水泥石约高50%,与泡沫水泥石的抗张强度几乎相同。
表3 1.38g/cm3水泥石的抗张强度
水泥浆
体系
平均抗张强度(M Pa)
(A ST M C190)
平均断裂抗张强度(M P a)
(AST M C496)
HG S 2.15 1.69
硅酸钠0.390.91
泡沫 1.48 2.59
3.3 压力和温度循环下的胶结强度
胶结强度为使水泥石与内管间胶结断开所需的力,可以用测试仪测得。测量时持续向内管施压直至胶结断裂,内管移动所需的力即为胶结力。测试仪在向内管施压时可以提供放置水泥底部的平台。
3.3.1 压力循环测试
为了评价H GS低密度水泥浆是否能够承受钻井时的温度和压力变化,进行了压力和温度循环测试。压力循环步骤的设计旨在模拟钻井作业条件。先将样品置于大气压力下,在7.2 的水浴中固化14d,然后进行5个阶段的压力循环测试,结果见表4。在这些压力循环过程中,将内管加压至34.47 M Pa并保持10min,然后再降至0M Pa并保持10 m in。由表4可知,H GS水泥浆性能优于硅酸钠水泥浆,而与泡沫水泥浆性能相似。
表4 硬地层和软地层中压力循环对胶结强度的影响
水泥浆
体系
硬地层中内管在压力下
的胶结强度(M Pa)
基线压力循环
软地层内管在压力下
的胶结强度(M P a)
基线压力循环
H G S 2.77 1.980.990.16
硅酸钠 1.040.85
泡沫 3.11 2.10 1.170.15
3.3.2 温度循环测试
温度循环步骤模拟的作业条件与压力循环模拟条件相同,温度变化最高可达57.2 。先将样品置于大气压下在7.2 的水浴中固化14d,见表5。
表5 温度循环对软地层胶结强度的影响
水泥浆
体系
软地层胶结强度(M P a)
基线温度循环HG S 1.4960.386
硅酸钠0.4960.069
泡沫 1.3310.048*
注:*肉眼观测到该样品已碎裂。
48 钻 井 液 与 完 井 液 2006年7月
胶结强度测试结果显示,温度循环对硬地层内管模型(模拟硬地层)中水泥石胶结强度的改变很小,但对软地层内管模型有一定影响。
3.4 钻穿测试
使用包括一个位于外管轴心的内管以及焊接盘的90cm模型模拟钻穿水泥塞条件进行钻穿测试,测量钻穿前后环形空间的液流情况并对环空内水泥体性能进行评估。环形液流包括透过水泥石(渗透性)的液流以及流过水泥体周围(如裂缝或微环隙)的液流。使用液流数据计算等效体积渗透性。在准备钻穿测试所需模型时,盖住压力输入口,然后在内外管间的环形空间底部填入7.6cm高的沙子。在实验室里混合待测低密度水泥浆,然后将其倒入内管和环形空间中直到离管道顶部7.6cm处。在水泥石顶部加水至管道顶部边缘,然后使水泥浆在模型中固化7d。第8天时对环形液体进行0.69M Pa 压差测试。由结果可知,硅酸钠水泥浆中的水立刻流出,当流量稳定后测得此时流速为134mL/m in; 24h后泡沫水泥石和H GS水泥石的流量为零。首次实验及其它液体流量测试结果(见表6)表明, H GS水泥石发生的损害最小,并且保持了较高的弹性水平。第9天,钻穿每个模型内管中的水泥,得到H GS水泥石的平均渗透速率为30.48m/h。第10天使用0.69M Pa测试压差进行另一个环形液体流量测试。由结果可知,水立刻通过硅酸钠水泥石流出,流量稳定后测得流速为197m L/min;24h后泡沫水泥石和H GS水泥石的流量为零。未对硅酸钠水泥石进行进一步的液流测试。第11天对内管进行8个阶段的压力循环测试,对内管施加13.79 MPa的压力并保持10m in,然后停止施压10m in。使用0.69MPa测试压差对H GS、泡沫水泥石进行环形液体流量测试,2种水泥石的流量都为零;将测试压升至3.45MPa,2种水泥石中的水均流出,液流稳定后测得H GS水泥石的流速为80mL/m in,泡沫水泥石的流速为100mL/m in。
表6 钻穿试验中的环形液流和等效体积渗透性
水泥浆体系
环形流速(cm3/min)/等效体积渗透性(10-3 m2)第8d
0.69M P a
第9d第10d
0.69M Pa
第11d
0.69M P a3.45M P a
硅酸钠134/88钻穿197/90
H GS0/0钻穿0/00/080/104 现场测试
(1)混合和泵送测试。第一次现场测试由Conoco在南德克萨斯州的1口油井中进行。该井深约2743.2m,井底循环温度为67.2 ,井底静止温度为103 。使用的H GS水泥浆密度为1.14 g/cm3。该水泥浆被用作封固 222.25mm井眼(有 177.8mm的中间套管)的领浆,封固段长304.8m,封固段顶部离地面约有1981.2m。在现场测试过程中,H GS低密度水泥浆在目标位置易于搅拌,而且可以顺利混合和泵送。
(2)临界井固井测试。第二次现场测试由DOE (RMOT C)在洛基山脉中的1口油井中进行,该井深约1767.84m。由于这些油井存在循环漏失问题,因此需要使用低密度水泥浆,该地区的油井以前均使用泡沫水泥浆固井。此外,这些油井还需要高强度的水泥浆,而且由于存在紧邻的水、油层,需要有良好的层间封隔。在试验井,使用T XI低密度水泥混合密度为1.2g/cm3的H GS水泥浆(使用3M TM H GS6000)作为领浆泵入 222.25mm井眼(有 177.8mm的套管),并用密度为1.62g/cm3的T XI低密度水泥浆作为尾浆。在施工过程中,顺利混合并泵送了15.9m3(100桶)H GS低密度水泥浆,在地面调制1h后H GS没有出现裂缝。固井作业完成后使用超声波计程仪进行测试,发现尽管水泥浆密度很低(1.2g/cm3),但水泥石胶结质量、抗压强度良好。
5 结论
1 DOE项目结果显示,由碱石灰硼硅酸盐制成的超轻质中空玻璃微球,可使水泥浆具备足够的强度和弹性来承受临界固井条件。
2 杨氏模量测试结果表明,将围压从零升至10.34M Pa后,H GS低密度水泥浆杨氏模量值并不随之改变,与相同密度的泡沫水泥浆相似,并且当载荷为0~10.34M Pa时,H GS水泥浆的有效抗压强度比传统泡沫水泥浆或硅酸钠水泥浆均高得多。
3 H GS水泥浆的抗张强度与泡沫水泥浆相似,但比硅酸钠水泥浆要高得多。压力和温度循环对胶结强度都有很大影响,在模拟软地层中尤其如此。
4 在模拟软地层的温度循环测试中,H GS水泥石表现出了比传统泡沫水泥石更高的胶结强度。
收稿日期2006 01 04;HG F=064W3;编辑 汪桂娟)
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第23卷第4期 Fred Sabins:降低固井水泥浆密度的新技术
90 DRILLIN G FLUID&COM PLETION FLUID July2006
and the field trial w as conducted in the w ell of Bin4 10 10.The effects o f leak pr otectio n and sealing w ere perfect.The com bined targ et of leak protection and sealing w hile dr illing achieves and faster and safe pene tration could be g uaranteed.Field applicatio n indicated that the perfo rmance of the nov el sealing fluid w as stable and easy to maintain.It had a significant anti sloughing lubricatio n and definite safety.At the same tim e,it had a favor able sealing effect and can be compatible w ith other additives.It also had a density rang e of co ntro l.Co mbined w ith very strong leak protection and sealing,it presented ex cellent perform ances as co nventio nal drilling fluids and sig nificant bearing r esistance.M or eov er,it w as convenient in field practices w ith no special apparatus r equired.
Key words sealing fluid w hile dr illing;hole stability;leak protection;sealing.
First author s address Binnan Production Company,Sino pec Shengli Petr oleum,Binzhou256600,China
Application of DLM Sealing Analog Device in Sealing Test.DFCF,2006,23(4):44 46
Authors LIU Yong feng,YAN Wen hui,GUO Bao li,CAO Xin y un,WEI Qun tao,et al.
Abstract Accur ate pr ediction of the pressure,particle size and distribution of lost circulatio n zone w ere key facto rs to successful sealing.Only by a full understand to the characteristic of sealing target,can the ac cordant sealing mater ials be selected.T he flex ible particles co mpound sealing m aterial,the hy dratio n and sw elling compound sealing material and the ultra low per meability sealing m aterials w ere tested using DLM analog dev ice to determine the feasibility and the sealing effect of this technolog y,furthermo re to be favo r of improvement and o ptimizatio n o f the technolog y.The results indicated that DLM sealing device co uld simulate the lost circulation channels such as pores,vertical fractures,ho rizontal fr actures,and w edg e shaped fr actures and sealing materials co uld be evaluated.It w as a effective ev aluation device fo r sealing technolo gy and mater ials.It has a co nv enient operation and a better v isual effect on the distribution and the performance o f sealing material on the vertical o r hor izontal pro file so that the optimization become easy. Key words sealing Analog Device;sealing;form ulation optimizatio n
First author s address Xi an Petro leum University,Xi an710065,China
A Novel Technology for Lightening Slurry Weight.DFCF,2006,23(4):47 49
Author Fred Sabins.
Abstract A nov el technolo gy for lightening slurry weight w as presented to address a combination of chal lenges faced in co nventio nal lig ht w eig ht slurries.T hat w as a novel hollo w glass microspher e employ ed fo r lightening slur ry w eight w hich produced by American3M Corporatio n.T he essential characteristic of the glass micro sphere w as presented.The Young s mo dulus and the tensile streng th of H GS lig ht w eig ht slur r y w as tested,the cementing streng th of the slur ry w as tested,the dr illing out and o n site testing w ere conducted,While com paring perfo rmance w ith fo am slurr y and sodium silicate slurry.Results indicates that the hollow glass m icrosphere can reduce the density o f H GS lig ht w eig ht slurry effectively,and also the blending,pumping,co mpressive resistance and cementing quality of this mater ial can meet dow nhole operation's r equirements.
Key words cementing;cementing quality;lig ht w eig ht slurry;additiv es for slurr y;ho llow glass micro sphere
Author s address Cementing Solutions Inc,Am erican,Shanghai200336,China
2.低密度高强水泥浆体系研究 2.1低密高强水泥浆性能特点 低密度高强度水泥浆的组成确定于物料间的物理化学作用。在油气井钻探行业，为了使得低密度水泥浆性能能够有效发挥，需要选择一种合适的矿物活性材料，通过相关研究发现，如果这种矿物活性材料具有表面光滑致密、颗粒分布填充性好以及比表面积小的特点，那就可以作为发挥低密度水泥浆性的活性材料，除此之外，活性材料本身要具有高强度化学性能。而活性矿物材料具有以上特性，有两处优点：第一，由于其化学性高可以发生自身凝硬性反应；第二，提高水泥浆整体性能。在进行低密度水泥浆的组合配制时，不仅仅要注意矿物活性材料，还要注意减轻材料所占的比重，一般情况下，减轻材料在用于配合低密度水泥浆时往往用量比较大，这样会导致主体胶凝材料水泥所占比重降低，不利于实现水泥浆体系的稳定堆积。而另一方面，为了降低水泥石渗透率，要求水泥浆体系在设计时需要提高固含量，目的是进行紧密堆积以便提高水泥体系强度。不仅如此，减轻材料的选择上，需要达到在球形度好的基础之上挑选表面吸附水量少的要求。 但是，减轻材料往往为惰性材料，而水泥石的强度需要强烈的化学反应，单单靠水泥材料中的活性物质无法支撑，因此，需要选择具有上文所述特性的矿物质活性材料，以便参与水泥水化反应以增加水泥石强度。但是不同类型的减轻剂，大多有两处不同，第一是降低水泥浆密度的原理以及方式不同，第二是与水泥作用的能量不同，两处不同导致减轻剂在参与水化硬化过程中表现出的流动性、稠化性能及强度性能不同。因此，根据上文所述的减轻剂选择表现的不同结果，在油田具体的生产作业过程中，选择减轻剂时，依照现场实际施工所需参数进行选择，选择属性依据分别为“品种”以及“加量”，而本文针对渤海SZ36-1油田海洋地质特点，根据所需参数选择漂珠为减轻剂中最理想的材料。 2.2低密度高强水泥浆体系设计原则 ①水泥密实性原则，此原则主要凸显“密实”，即按照紧密堆积理论，以及颗粒级配原理，根据漂珠和水泥的不同粒径，选择合适加强剂堆积与颗粒之间增加密实感。②充分发生水化反应原则，充分发生水化反应的优点在于提升体系活化能，提高体系强度，主要措施为利用水硬性材料使得水泥中活性材料充分反应。③提升水泥石的综合性能原则，综合性不仅仅体现为水泥体系强度，防窜能力以及防腐蚀能力都是综合性能的一部分，此时应该添加特殊潜在活性材料与水机碱性物质反应。
HD28井超深井低密度水泥浆固井技术 HD28井是塔里木油田塔北项目部沙雅县境内的一口评价井，该井二开中完井深6365米，井底静止温度122℃，采用Φ200.03mm套管双级固井工艺，固井作业面临裸眼封固段长（一级封固3365米）、压力窗口窄、地层易漏、施工压力高等一系列问题。介绍了HD28井基本情况，分析了技术难点，采取一系列的技术措施如一级领浆和二级使用漂珠低密度水泥浆体系，现场应用良好，经声幅测井解释固井质量优质，取得了较好的应用效果。 标签：超深井；长封固段；低密度水泥浆；双级固井 HD28井是塔里木油田在新疆阿克苏地区沙雅县境内的部署的一口评价井，二开中完井深6365米。该区块地层压力低、承压能力低，属于低压易漏井固井。研究出一套在高溫高压条件下不分层、不沉降、流变性良好、强度达到要求的低密度水泥浆体系及配套的固井相关技术，是保障固井施工安全、提高固井质量的关键。 1 HD28井基本概况 完井采用200.03mm套管双级固井工艺。钻井液为聚磺钻井液体系，密度1.27g/cm3，漏斗粘度45s，失水 2.8ml，塑性粘度20mpa·s。易漏失井段在4495-4695m，地层当量密度为1.35g/cm3。该井最大井斜24.74°，裸眼井段平均井径256mm，平均井径扩大率6.43%。 2 技术难点 2.1施工工艺难点 ①二叠系地层承压能力低，下套管及固井施工中存在井漏的风险； ②斜井斜度大，套管不宜居中，有套管贴边的风险，对固井质量造成影响； ③裸眼段长，循环阻力大，施工压力高，存在易漏地层，施工排量受限不容易实现紊流顶替。 2.2 技术措施 ①合理设计分级箍位置及水泥浆浆柱结构，采用合适的施工排量，减少地层漏失的风险； ②优化扶正器的加放，确保套管居中度； ③采用平衡压力固井，優化设计施工排量，保持施工的排量和压力稳定，确
目录 摘要 (2) 关键词 (2) 第一章固井水泥 (3) 第一节各种水泥 (3) 第二节水泥浆体系 (5) 第二章固井水泥添加剂和外渗料 (9) 第三章复杂地层的固井质量 (10) 第一节又喷又漏井的特点 (11) 第二节又喷又漏井的固井技术 (11) 第三节大肚子井眼的固井技术 (13) 第四节下套管遇阻卡的预防及固井技术 (14) 结论 (17) 参考文献 (17)
摘要 固井就是将水泥浆注入井壁与套管之间的环空中的过程，其目的是为了层间封隔和支撑及保护套管，固井质量的好坏直接关系到油气井的寿命和资源的保护，因此必须充分考虑固井作业的各个环节，如：井眼准备、固井材料、固井工具及附件、固井工艺、固井装备和固井施工等，而固井材料作为层间封隔和保护套管目的的主要载体，一直是固井设计的重中之重的环节，也是固井领域研究的主要方面，它包括：基本水泥、混合水、外掺料和外加剂。基本水泥是一些可以发生水化反应并能够形成足够力学性能的胶凝材料；外掺料主要是用来提高或降低水泥浆的密度，改善水泥石的高温性能、渗透率、韧性等力学性能等的材料；外加剂则是可以改变水泥浆的凝结时间、流变性能、游离性能和提高水泥浆的防窜性能与保护油气层，并对水泥石的力学性能产生影响等材料。经过近百年的研究和实践，已形成了一系列的水泥、外加剂和外掺料，并建立了可适用于各类井固井和各种钻井技术以及油田勘探开发需要的水泥浆体系，如：防水窜、防气窜、韧性、胶乳、高密度、泡沫、含盐、普通低密度、抗高温和高强度低密度水泥浆体系，水平井、调整井、地热井、浅气层井和深井固井水泥浆体系，小井眼钻井和欠平衡钻井配套的水泥浆体系，多功能钻井液和泥浆转化为水泥浆技术等。但随着新的钻井技术的不断出现，天然气、煤层气、地热井等资源的不断的被重视，要求的不断提高、深层的能源和难开采储量的开发，对固井的质量有了更高的要求，本文主要对固井中的问题以及固井用的材料做详细的研究，并提出了一些自己的看法。 关键词：特种水泥，外加剂，固井质量，复杂问题
低密度水泥浆固井技术探讨 （大庆钻探钻井生产技术服务二公司，吉林松原138000） 低密度水泥浆固井技术的基本原理就是利用水泥浆的低密度性质，发挥通过和填充性，对油井的周围进行有效的填充和密闭，由此保证油井的安全。在低密度水泥浆的发展过程中，其比例设计和添加剂的合理使用成为了其发展的主要推动力，而且增加了强度的低密度水泥浆也在实际的应用中获得了成功。 标签：低密度水泥浆；配比设计；应用优势 1 低密度水泥浆固井思路 随着研究层面的拓展，微观力学和宏观力学的研究进一步通过密集堆积的理论，明确了用颗粒材料粒径大小分布调整来提高其宏观力学特性可能。其原理就是通过对混合物质内的固体粒径的大小和分布状况的调整，使之合理分配和混合，让水泥浆的体系具备更加优良的填充效果，而且让各种粒径的材料实现更好的密集堆积效应，增加水泥浆更多的固相，由此增加水泥浆的性能指标。这时低密度高强度水泥浆就应运而生了。其组成不仅仅考虑到了原料的物理性能，也考虑到了水泥浆化学特性。 2 低密度水泥浆的配备设计 在试验的过程中发现，低密度水泥浆的试验效果降低，尤其是强度的变化差异的主要原因就是，高速度的剪切和破碎对水泥造成的影响。因此在低密度水泥的配备的时候，应当控制搅拌器的转速，控制在4000转每分钟，并控制搅拌的时间，这样就可以达到较为理想的试验效果。 研究人员为了使得整个水泥浆系统达到应用的标准，并提高效果，在试验中已经形成了一个系列化的密度配合方案，基本配比的组合形式为：G级石油井水泥，粉煤灰、漂珠、增加稳定剂、水。在实际的应用中通过改变材料的比例和水量来实现对水泥浆密度的调整。按照上面的组合形成的不同密度的水泥浆都可以实现固井要求，例如：试验中采用的60%水泥、25%粉煤灰、15%漂珠、2%外加剂，水：灰7:3，这样产生的水泥浆密度为1.43g/cm。并且利用这一密度的水泥浆对某油田的3口油井进行加固处理，在施工结束后的检测中得到了较好的胶结数据，胶结良好的段占整个井的80%以上。 3 低密度水泥浆的固井技术特性 3.1 低密度水泥浆的稳定性提高 低密度水泥浆在研究和发展中已经逐步过渡到低密度高强度的材料特性上，因此整个水泥浆的体系的沉降稳定性更好，这主要是来自于增强剂的添加，其中
常规注水泥 注前置液：为提高水泥泵顶替钻井液的效率，保证水泥环质量，在钻井液与水泥浆之间注入一段“液体”，这种特殊的液体称为前置液，按其性质分为冲洗液和隔离液，在顶替钻井液过程中起到冲洗、稀释和隔离钻井液作用，从而提高水泥浆的顶替效率。 注水泥浆：指按封固井段内井眼与套管之间环荣大小计算用水泥数量，通过固井专用设备将干水泥和配浆水混合成一定密度的水泥浆，并通过套管注到井内。 压胶塞：指注水的水泥数量到达设计要求时，将胶塞压入井内。起作用是有效地隔离顶替液与水泥浆，并刮下套管壁上的水泥浆，同时与管串上的浮配合，起到控制替钻井液量的作用。 为防止先期注入的水泥浆在套管内与钻井液发生混窜，有时还在注前置液之后加入一个下胶塞，这是一个空心只有一层特殊隔膜的胶塞。起作用时组织水泥浆在套管内狱卒阿宁也混攒。当水泥浆充满套管时，下胶塞坐在浮攒上，压力达到一个较小的值时，隔膜被破坏通道打开，保证后续施工正常进行。 钻替井液：指用顶替液推动胶塞，将套管内的水泥浆替到套管外的环形空间，到达封固的层的过程，这是固井工作的重要环节。由于常用的顶替液为钻井液，故称替钻井液。 碰压：当顶替液的数量达到套管串浮箍以上的容积时，胶塞将坐在浮箍上，流体通道封闭，使套管内压力突然升高，这一现象称为碰压。它标志着浮箍以上的套管内的水泥浆全部被顶替到环空。 套管试压：碰压后，为了验证套管串的密封情况而进行的压力试验。具体做法是将套管内压力提高到某一规定的数值，经一定时间后而不下降为合格。说明整个管串的密封性很好，符合油气井投产的使用条件。如果在一定时间内套管内压力下降，则说明管串密封有问题，需查找原因进行处理。有些油田规定在水泥浆侯凝之后进行套管试压。 侯凝：试压结束后，将套管内的压力释放掉，使套管处于不变形的状态下侯凝，保证固井质量。此时，应注意浮箍、浮鞋的密闭性，如发生倒流现象，则需根据水泥浆与泥浆的压差值，确定一个回憋压力。此压力不宜过高，以免套管变形，一般在套管内外静压差基础上附加1-2Mpa. 分级注水泥 分级注水泥是利用连接在管串上的可以打开和关闭的特殊接箍，将一口井的注水泥作业分两次或三次完成的注水泥工艺。 分级注水泥技术可以降低环空液柱压力，减少注水泥作业井漏的发生，从而降低了施工压力，保证施工的安全。同时还可以防止或减少水泥浆失重造成的油气水上窜，有利于提高固井质量。除此之外，还可选择最佳的水泥封固段，节约水泥，降低固井成本。 简单的说可分为两种：正规非连续式双级注水泥和非正规连续式双级注水泥。 正规非连续式双级注水泥：注一级前置液—注一级水泥浆—压第一级胶塞—替顶替液—碰压—敞压—投入打开塞—打开分级箍通道—循环洗井侯凝—注二级前置液—注二级水泥浆—压入关闭塞—替顶替液—碰压—关闭分级箍通道—结束。 非正规连续式双级注水泥：注一级前置液—注一级水泥浆—投一级胶塞—替顶替液—投打开塞—注二级前置液—注二级水泥浆—投关闭塞—替顶替液—一级胶塞碰压二级通道打开—关闭塞坐封通道关闭—施工结束。 尾管注水泥 步骤：在接好注水泥管线并试压后，将前置液通过钻杆泵入，随后注入水泥浆（通过钻杆），注水泥结束后，压入钻杆胶塞并进行顶替，当钻柱内水泥浆被顶替完后，钻杆胶塞与尾管胶塞重合闭锁，压力上升到某一定值（尾管胶塞剪断压力）时，由钻杆胶塞和尾管胶塞组成的
夏４２一斜２井低密度水泥浆固井技术 郑明学罗朝东王文会侯保安高延昆 （胜利石油瞥理局临盘采油厂地艘研究所山东临邑） 摘要蔓４２一斜２井是在玉皇庙地区夏４２断块构造高莓盆上蚱一口滚对井罐术二段底部南沙一段鹰部均毒九成 砉魏缝性地层。辘岳压力最羲蓑低（不踅过１．０８），话进串壤 易发生井精．圄持时易发生水泥浆籀失．导致田井施工失败。夏｛０一斟２井采取履常怒蹦井作业，ｊ：！：露僵化她坚持“先堵满再萄井”曲传统方案，而是采用低峦虞承泥浆隧井技术，配备全井幔轻质钻井灌的技术．并采用以下现场技术措施：咀完锆罐强钴｛｝遣箍量非为饕井拖工中黪蘩排量蜂上疆，遥霓蠢排量蛀太压精地层；优化水泥浆韧凝对间和初凝到终凝曲＿琏菠时间，使水抛浆填充到位后快速达到凝胶强度．保证了固芳壤王一凌鹱磅，封零震囊挽蔓。 莱键词：低密度水泥水泥浆固井质量井漏微珠 水泥ＭＴｃ 夏４２一斜２井是在玉皇庙地区夏４２断块构造商部位上的一日滚秘井，目的是泼动开发沙三段油气蕺。曩４２断块龟ｔ９８４年勘探秘寒，共诗锸探了３蕊井。由于本隧块在东二段底部和沙一段底部均有火成卷囊缝性蟪层，３墨势在链势涟工过稷中遗发生大量钻井液潲失，漏失钻井液的最低密度只有１．０８ｇ／ｃｒｎ３，最大滴速为４５ｍ３／ｈ。１９８４年施工的夏４２Ｉ并（撩著），禹演震套警豁虽送行３次堵满，毽均未浅功，导致该井固井失败。充分说明该地区压力较低，缝澜发育良好。夏４２一斜２薛栗耀低密度水泥浆固势技术．固井施工一次戒功．测井结果表明，该并封嗣质量优良， 地质、工程简况 １．穗差祷征 夏４２断块储层主要是沙一段至沙三段的砂岩油气藏。地层岩性主要娃玄武卷、凝灰岩为主，缝涯较发育。东二段底部羊订沙一段磷部均有火成岩裂缝性地层，地层眍力系数较低（不趣过１．０８）．钻进中校鬟发生井凝，瑶舞时茹发生承泥浆潺失，导致霹势施工失败。 －４６?钻井襄与竞井准?２０００牛摹ｌ？舂弟２瘴 ２，工程简况 夏４２一斜２劳手１９９９年３胃２４黠用妒４４４．５ｍｍ钻头开铺，钻至井深２０５ｍ，下入妒３３９．７ｖｉ３ｌｐ，，袭层瓣管至井深２０２．８２ｎ１。３月２６日用ｐ２１５．９ｍｍ三牙轮链头二拜，４秀１５基链至¨薨深２２９０ｍ竞镳，下入ｐ１３９．７ｍｍ油藤套管至井深２２７２ｍ。油层顶界深１６５２ｍ，底界深２２３４ｍ，油层集中井段为１６５５－－２０２０１３３．。东二段的火戚鬻并段为ｉ４２０—ｉ４３５ｍ，沙一段的火成岩井段为１６５０—１８３５ＩＴＩ。该井在１４３２—２１５０ｍ共段发生不雨程度鳇并灏，共｛÷嚣失钻井液５４０ｒｎ３。发生漏失后，先后采用随钻堵漏荆、单向压力封闭剂、ＰＣｃ堵漏剂以及打堵漏水泥塞簿接藏迸嚣堵滔，｛蔓泰采箍完全裁韭并瀑，廷是缓瓣漏失的进一步发生，维持强行钻井施工。而且钻井液密度降低至ｌ＋０８ｇ／ｃｍ３以后仍然有潺失发生。因此，夏４２一勰２势圈并时火或者底界（并深１８５０ｍ）妊韵施工压力梯度不得超过１．０８ｇ／ｃｍ３，井底压力梯度娲疑尽量控铡在ｌ。】４ｇ／ｃｍ３以瘫，否尉穰难缳谖强井鬣常施工及最终封圈质量。疑４２一斜２井钻井过程中的漏失情况见表“Ｐ、几７为漏失钻井波性能），究链铱并液桎熊跫表２。 衰ｌ夏４２斜２井钻井过程中井渭情况 万方数据万方数据
固井水泥用量计算的研究 顾军 摘要水泥用量是固井作业的重要参数。以往的计算公式均以电测井径为依据，误差较大。本文根据实际固井资料提出了计算水泥用量的新公式，它消除了电测井径不准产生的不确定问题，为准确计算固井水泥用量开辟了一条新途径。 主题词固井水泥计算方法 固井水泥用量的淮确计算可以节约固井费用，避免固井漏失，提高固井质量。常用计算方法有两种，即传统的方法和文献[1]推荐的方法。 1、传统的方法 计算固井水泥用量的传统方法是电测井径环空容积再附加一个百分数。其计算公式为 N=n(1+e) 式中：N——固井水泥用量，袋， n——按电测井径计算的水泥量，e——附加系数，％。 2．文献[1]推荐的方法 经验公式为： N=n十0.1(1500－h)－c 式中：h——封固段长度，m； c——修正系数，袋。当c＜400m时，c＝80袋，当400m＜c＜2000m时，c＝0。 分析(1)、(2)式可知，两个计算公式的实质是相同的，即电测井径计算量再附加一个系数。由于电测井径的淮确性和附加量的经验性，使得两式的计算误差较大，因此有必要对固井水泥用量的计算问题进行深入的研究。本文用回归分析方法得出了新的计算公式，现场应用实例表明其计算精度较高。 新公式的建立 对某一地区相同井深和井眼尺寸的井而言，固井资料中的水泥封固段长度和实际水泥用量能真实地反映井径的变化，即环空容积的大小。鄯善油田∮241.3mm井眼下∮177.8mm油层套管固井的有关数据列于表1。由表1可看出，鄯善油田的水泥附加系数为－44.44—84.62％，波动幅度较大，因此用附加系数的方法计算固井水泥用量显然是
不科学的。 水泥用量主要与封固长度有关，为了找出两者间的关系，拟用最小二乘法，将数据分别代入线性回归、指数回归和乘幂回归这三种基本函数，并求出衡量回归程度好坏的标准差。回归结果列于表2。标淮差的表达式为 式中：n＝数据组数 y =实际值 y=预测值。 i 表1 固井基本数据统计表
泡沫水泥浆固井技术 前言 油田常用的低密度水泥浆基本上可分为四类，即： 1、用搬土控制自由水的搬土水泥浆，密度可控制在1.45g/cm3以下，但是这种水泥浆体系水灰比较高、抗压强度低，在使用上受到限制。 2、添加火山灰、硬沥青等低密度添加物的低密度水泥浆。 3、添加强度高、较低密度的漂珠配制漂珠水泥浆。 4、添加发泡剂和稳定剂，并充入空气或氮气的泡沫水泥浆。 从水泥本身讲，用提高水灰比的办法使水泥浆密度降到1.26g/cm3是非常不成功的。 1978年以后开始使用了两种新型的超低密度水泥浆，两者都以气体作为低密度的添加物，其中之一是气体充填于硬的、耐压空心漂珠内，有些空心漂珠水泥浆的密度比清水还低。第二种是具有独特流变性能的泡沫水泥浆，这种剪切强度很高的水泥浆即使在很高的速度梯度下也可保持很好的流变性能，有利于提高水泥浆的顶替效率，这种新型材料的推广应用在地面建筑上已使用多年了。 一、泡沫水泥的基本性能 1、性能稳定
其气体能够均匀地分散在水泥浆中，不聚集，不上浮，形成的气泡保持相对稳定，满足固井要求。 2、抗压强度 泡沫水泥在不控制失水的条件下，抗压强度较高；加入降失水剂后，失水控制较好，但强度降低较大。 在水力压裂作业时泡沫水泥的抗压强度虽低，但并不增加水泥环裂缝出现和发展的危险。在套管试压和压裂作业时井内高压在水泥环处所产生的应力是拉应力，水泥环承受拉应力的能力主要取决于水泥机械性能（杨氏模量和波松比）及抗拉强度。水泥石的抗压强度作用很小。 3、导热性 水泥石的导热系数随水泥浆密度的降低而降低。泡沫水泥的隔热性优于常规水泥。 4、可塑性 泡沫水泥可塑性好，当套管承受压力时它可以变形，且不会像常规水泥那样出现破裂。 泡沫水泥的可塑性一般比普通水泥至少大一个数量级，而价格比纤维水泥要经济。 目前，泡沫水泥浆以其成本低、密度低、强度高、替浆泵压低、隔热性能好等优点日益受到人们的重视。 二、泡沫水泥的应用 泡沫水泥可以解决一系列钻井时发生的问题，其中包
第18卷 第4期1996年 11月 西南石油学院学报 Journal of Southwest Petroleum Institute Vol.18 No.4 Nov 1996泥浆转化为水泥浆(M TC) 朱和平 (图书馆) 摘要 M TC技术是一项新技术。它把钻井液转化成水泥浆用来固井,可改善水泥环的层间封隔能力,提高环空内泥浆的顶替效率,降低固井成本。文中介绍了M TC技术的发展概况,泥浆转化的四种方法,M TC水泥浆的设计,M TC的技术、经济优势,以及M TC技术的应用范围。 主题词 钻井泥浆;水泥浆设计;固井;固化钻井泥浆 中图法分类号 TE256① 1 M TC发展概况 把钻井液转变成水泥浆固井,已是石油工业50来感兴趣的课题。改善套管与井壁间的环空地层隔离,一直是追求该项技术的主要原因。自本世纪50年代后,人们开始研究用钻开地层的钻井液转化为水泥浆进行固井的方法。1970年,Wyant等提出了一种以波特兰水泥为基本组分的配方,该配方很复杂,并对温度十分敏感,分散性较差,但还是被一些油田所采用。1975年,Miller等提出了另一种配方,是利用以镁为基本组分的钻井液,它的应用限定于一种特殊的镁基钻井液。泥浆转化为水泥浆最早的实例是Novak于1985年提出的。80年代末,美国壳牌开发公司致力于研究矿渣转化技术,1991年开始在施工现场使用这一工艺,尔后又将该技术应用于具有风险性的井上,在技术和效益上都获得成功。由于性能优异的分散剂和有机促凝剂的开发,高炉矿渣泥浆转化技术的采用,现已形成了以Wilson为代表的波特兰水泥转化技术和以Cowan为代表的矿渣转化技术,使M TC技术具有真正的工业实用意义。在某些应用场合下,M TC技术可以完全代替波特兰水泥固井。 2 泥浆的转化方法 泥浆转化为水泥浆又称为固化钻井泥浆技术,是一种在环空内可转变成可固结材料的钻井泥浆进行钻井和固井的方法。国外主要采用以下四种方法: (1)直接采用水泥或活性硅质材料配制钻井泥浆,当钻井结束进加促凝剂或激活剂,使其固结。优点是泥饼也能很好地固结,缺点是这种泥浆密度太高,影响钻速。 (2)采用普通钻井泥浆,这种钻井泥浆具有适量的可水化材料,当钻至一定深度后,加入水泥分散剂和促凝剂,使勘大化,优点是不会影响钻井速度,缺点是泥饼不能固结,强度发展慢,水泥在泥浆里的分散均匀性差。 (3)用可交联聚合物。如交联剂、粘土和其它必要材料配成可供钻井是循环的泥浆,固 ①1995—12—29收稿
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/893471989.html, 固井水泥浆技术体系探讨 作者：沈广明 来源：《中国新技术新产品》2013年第12期 摘要：随着钻井技术的不断发展以及油田的勘探开发的持续深入，探井和生产井的深度 不断增加，深井面临着深、多、长以及高等高难度的挑战。深，指的是产层埋藏的比较深，井深一般都在5000米以上；多，指的是显示的层位多，一个井眼有许多个压力体系，多个的油、气、水、等等；长，指的是裸眼井段比较长，在长的裸眼中，井下的复杂层多；高，指的是井的温度高，压力高，腐蚀性的介质在高温、高压的情况下活性比较高。深井固井不仅要有相应的机制以及相应的工艺，同时还要有高性能的水泥浆体系来配套，在国际，高温井段的固井费用一般都是要比常规井段的价格要高出几倍甚至是几十倍，所以这也从另一方面给反映出来了复杂井体固井的难度和风险性。 关键词：固井水泥浆；技术体系；深气井固井 中图分类号：TE25 文献标识码：A 固井水泥浆体系的设计出了要满足一般的固井性能要求，还应该老驴温度，体系的稳定性、水泥石的高温的稳定性等等。保证在任何情况下都能顺利的实施和以及固井的质量。同时要对弹性材料以及增韧材料进行严格的研究记忆优选，分析水泥浆外加剂以及外掺料的加量对水泥浆的各项性能的影响。 深层的气井的深度一般都在3450米到5500米之间，所以固井的封固断比较长、低温的梯度高，还要对气层进行试气、压裂等作业，这就要对水泥浆的性能和固井的施工提出了更高的要求，就是必须要保证全井段的封固的质量必须过关。但是现在国内的深层气井固井的质量不是特别理想，自2005年以来，相继发生了升深8井、徐深10井等在试气之前就发生环空窜气的问题，影响了油气的测试以及产能的建设。 1 常规的固井水泥浆的体系 中温的固井水泥浆体系的适用温度一般在小于或者等于120℃；高温的固井水泥浆体系的抗高温的性能十分优秀，适用的温度是不超过160℃；超高温的固井水泥浆体系抗高温的性能更加的突出，是目前比较少的使可控温度达到200℃的水泥浆体系，适用的温度一般都不超过200℃。这中体系适用在淡水的水泥浆固井，同时也可以用于矿化度比较高的水泥浆固井；它可用于常规的一般条件的固井，同时也可以用于低密度、高密度的特殊条件的比较复杂的固井；应该具有优良的水泥浆体系性能，可以广泛的使用水泥浆体系；具有良好的可调控性、浆体的各个性能比较稳定。各种性能都非常容易调节的特点。 2 深层井固井水泥浆体系研究
延长油田低密度水泥浆固井技术的研究与应用 发表时间：2009-12-01T10:18:01.043Z 来源：《中小企业管理与科技》2009年8月下旬刊供稿作者：肖新礼[导读] 减轻剂掺量的确定减轻剂在不同掺量下，为达到同一设计密度的水泥浆，可以通过其不同含水量来实现。肖新礼（延长油田井下作业工程公司固井队） 摘要：固井作业是钻井工程的关键环节，一旦固井质量出现问题，将会给试油、采油等油田后续工作带来被动，严重时还会造成油井的报废和资源的浪费。鄂尔多斯盆地内储层大多数有低压、低渗、低产以及水敏性较强的特点，探索和开发适合此类油层的固井水泥浆配方和固井工艺技术对于油田的开发至关重要。 关键词：固井低密度漂珠水泥浆 0 引言 近年来，国内外科研机构利用颗粒级配充填堆积理论，采用多种低密度材料复配，通过不同的水泥浆外加剂的调节，研究开发了1. 20～1.65g/cm3不同密度的水泥浆体系。低密度水泥浆体系，必须较好地解决低密度材料上浮，保证浆体的稳定性，同时水泥石的强度要满足射孔和改造需求，选择较好的不同粒径的材料，相互配合充填粒径间的空隙，紧密堆积以提高其抗压强度。近年来，已经应用的低密度水泥浆体系形成的水泥石的强度大幅度提高，在48h后强度能达到14MPa。鄂尔多斯盆地内储层大多数有低压、低渗、低产以及水敏性较强的特点，因此除了在钻井过程中保护好油气层外，完井固井施工过程中的油气层保护更加重要，根据对玉门青西油田孔隙裂缝型油藏采用低密度水泥浆固井调研，使用低密度水泥浆固井前，射孔投产后一般都要进行酸化后才能高产，而采用低密度水泥浆固井后直接投产后就可以获得百顿以上的高产，延长油矿通过近几年的研究和现场使用，目前低密度水泥浆固井已经成熟。 1 低密度水泥浆体系的确定 1.1 低密材料的优选目前，低密度水泥浆的减轻剂可分为两类，一类是自身密度较大，主要靠增大水灰比（水固比）来降低水泥浆密度的减轻剂，这类材料有粉煤灰、膨润土、膨胀珍珠岩、火山灰、水玻璃等，但为了保证浆体的稳定性、均匀性和强度，用水量受到限制，否则难于保证浆体的综合工程性能。这类减轻剂配制的低密度水泥浆的密度一般在1.50g/cm3以上，且使用温度条件要求较高。第二类是自身的密度小于水的减轻剂，如空心微珠、空气、氮气等。用这类材料作减轻剂配制低密度水泥浆，在较低水固比时，就可获得较低密度的水泥浆，从而易配制密度较低而水泥石的强度较高的水泥浆。 为了保证水泥浆具有较好的稳定性、合适的流变性和密度、较高的早期强度，根据鄂尔多斯盆地内储层的特点，选择了漂珠作为减轻剂。用漂珠作减轻剂配制低密度水泥浆，在较低液固比时，就可获得较低密度的水泥浆，从而使得水泥石的强度较高。 空心微珠具有质轻（颗粒密度为0.70g/cm3左右，其材质密度约为2.40g/cm3）、密闭（珠壳的壁厚为珠直径的5%～30%）、粒细（颗粒粒径约为40μm～250μm，比水泥颗粒大3～4倍）和活性强等特点。其壳体主要由硅铝玻璃材质组成，能与水泥水化产物Ca(OH)2和矿物中的CaSO4作用，生成具有胶凝特性的产物，从而有利于水泥石强度的发展和渗透率的降低，是一种良好的减轻剂。 1.2 低密度水泥浆体系的确定在选择使用漂珠作为减轻剂的基础上，结合延长油田的实际特点，通过对国内几个添加剂生产厂家的产品的室内评价，确定了主要外加剂的型号：降失水剂TW200S、分散剂TW401、缓凝剂TW302、消泡剂TW501、增强剂PZW-A。 1.2.1 含水量的确定通常，水泥浆的水灰比减小，配出的水泥浆密度就增高，流动性也变差，低密度水泥浆也符合这个规律。当水灰比增加时，水泥浆密度就下降，但整个水泥浆体系的稳定性变差，游离水增大，同时水泥石的抗压强度降低，体积收缩率增加。因此，为了确保水泥浆的性能，不能盲目地增加含水量，应该首先确定它们的正常用水量，若有必要还应该确定它们的最小用水量。 1.2.2 减轻剂掺量的确定减轻剂在不同掺量下，为达到同一设计密度的水泥浆，可以通过其不同含水量来实现。减轻剂掺量较小时，若加水量较大，水泥石的收缩率也较大。随着减轻剂掺量的增加，水泥石强度也逐渐增大，这是由于减轻剂浓度增大的缘故。当掺量达到与水泥的比例一定时，在正常含水量的情况下，其水泥石的抗压强度最高，这时，减轻剂与水泥的比称为正常比，而其正常加水量称为最佳含水量，每种减轻剂的正常比和最佳含水量都是不同的。 1.2.3 低密度水泥浆体系配方及性能对于封固井段静止温度低于60℃的情况。根据选择的减轻剂和水泥添加剂，通过试验得到密度1.30~1.50g/cm3，低密度水泥浆的典型配方及主要性能。 使用TW系列添加剂配制的密度1.30~1.50g/cm3低密度水泥浆的综合性能协调性较好。水泥浆的失水可控制在50ml左右，浆体稳定无自由水，稠化时间可调整的范围较大，有利于适应不同的施工时间的要求。 3 固井质量工艺研究 要获得良好的固井质量，采取合理的施工工艺技术与使用优质的水泥浆同等重要，且它们不能相互替代，缺一不可。众所周知，套管的居中程度、井径规则程度、钻井液、隔离液、水泥浆流变性匹配情况、顶替流态与紊流接触时间、水泥浆密度的均匀程度、固井前钻井液性能的调整结果等等，对固井质量均有不同程度的影响。 3.1 井眼准备：在钻进过程中保证井径规则程度，减少“大肚子”、“糖葫芦”之类的井眼，保证井眼稳定减少掉块和井壁坍塌，及时堵漏提高地层承压能力，固井前调整好钻井液性能等。这些工作的目的是为固井提供一个良好的井眼条件。 3.2 合理的加放扶正器使套管居中：要尽量降低套管在井眼中的偏心程度，目前所采取的措施是在套管上安装套管扶正器。对于斜井或井斜角较大的直井，应用扶正器安放位置设计软件进行模拟设计，以保证套管居中度不低于66.7%的要求。对于直井，按关键井段（如油气层段）每根套管一个扶正器安放，其余可每二根套管一个扶正器。 3.3 固井前调整钻井液性能并充分循环：尽管钻井液的流变性能因受地层等因素制约使可调整的范围有限，但为提高顶替效率，应在条件许可的情况下尽可能按固井需求进行调整。调整钻井液性能，其技术实质是改善流变性。调整原则是：在保证井下安全的前提下尽量降低其塑性粘度、动切力和静切力，减小触变性影响。在固井前充分循环也是被证明的一项提高固井质量的措施，因为充分循环可将井内沉砂洗出，有利于提高顶替效率，也可以清除井壁上的虚泥饼，置换“死”泥浆，有利于水泥与地层的胶结。 3.4 制定合理的施工参数：根据完井的井眼条件，确定合理的施工参数，采用适量的前置液，保证水泥浆具有好的流变性，替浆尽量采用紊流顶替，延长紊流接触时间及增大紊流程度等。 3.5 根据施工设计进行注水泥浆施工：各种液体的用量按设计注入，水泥浆密度按设计进行控制，替浆排量与泵压按设计要求实施，特殊情况现场可据情况进行适当调整的幅度应事先进行过相关计算。
文章编号:1001 5620(2006)04 0047 03 降低固井水泥浆密度的新技术 Fred Sabins (固井解决方案公司(Cement ing Solut ions,Inc),美国) 摘要 针对现有低密度固井水泥浆存在的一些问题,介绍了一种有效降低水泥浆密度的新技术,即使用新型密度减轻材料 美国3M 公司生产的中空玻璃微球(HG S)作为密度减轻剂。介绍了中空玻璃微球H GS 的基本特点,对H GS 低密度水泥浆进行了杨氏模量和抗张强度实验、压力和温度循环下的胶结强度实验、钻穿测试实验及现场测试,并与泡沫水泥浆和硅酸钠水泥浆进行了对比。实验及测试结果表明,添加了中空玻璃微球H GS 的水泥浆有效地降低了密度,并且其混合、泵送及抗压强度、胶结质量等完全可以满足井下作业的要求。 关键词 固井 固井质量 低密度水泥浆 水泥浆添加剂 中空玻璃微球中图分类号:T E256 文献标识码:A 针对低密度固井水泥浆的应用日益增多及现阶段常用的一些低密度固井水泥浆存在的问题,提供了一种新的解决方案,即使用新型密度减轻材料 美国3M 公司生产的中空玻璃微球研制的新型低密度固井水泥浆体系。 1 传统低密度水泥浆体系的局限性 以水作为密度减轻剂的传统低密度水泥浆最低密度为1.5g/cm 3 ,并且需要添加能够吸水并保持水泥均相的物质。虽然这种水泥浆成本低,但其抗压强度低,在强压下无法提供长期层间封隔。使用空心微珠可以使水泥浆密度降至1.35g /cm 3 。空心微珠是从火力发电的副产物 粉煤灰中通过漂选获得的,因此其质量较差,抗压强度较低(一般上限为13.8~20.7M Pa),闭空率较低,水容易进入使空心微珠密度很难控制,使其应用受到了较大限制。 使用氮气的泡沫水泥浆通常用来防止低压储层的循环漏失。但其渗透性高,抗压强度低,因此会导致固井失败和更高的完井成本。而且泡沫水泥浆施工设备较多,使用程序复杂,不易操作,并且存在井内摩阻较大(导致循环漏失)、难以控制固井质量、无法使用声波和超声波测量工具等局限性。 2 中空玻璃微球的基本特点 美国3M 公司生产的中空玻璃微球为薄壁白色 空心球体,成分为碱石灰、硼硅酸盐玻璃,不溶于水,pH 值为9.5,软化温度为600 。3M 中空玻璃微球H GS 系列产品性能如表1所示。 表1 3M 中空玻璃微球H GS 系列产品性能型号抗压强度M Pa 真实密度g /cm 3粒径分布(体积比)/ m 10%50%90%最大HG S200013.80.3220407580HG S300020.70.3518407585HG S400027.60.3815407585HG S500037.90.3816407585HG S600041.30.4615407080HG S1000068.90.6015305565HG S18000 124.0 0.60 11 30 50 60 H GS 中空玻璃微球的特点:为小粒径的完美球体,易混合、易泵送;不可压缩,可以方便准确地进行测井工作;有极高的强度密度比,因此在井下作业时 不会破碎;有相当高的闭空率,水不能进入球体,因此可以使密度保持恒定;呈化学惰性,不会与水泥浆中的其他添加剂发生反应,从而几乎可以和所有的固井水泥浆体系兼容;微球的各向应力一致,可以减少水泥在固化后的收缩;内部有少许气体存在,因此有很好的保温作用,这样就可以加快水泥水化速度,从而减少候凝时间,并且使水泥在短时间内就有较高的强度。 第一作者简介:F red Sabins,专家级高级工程师,作为首席研究员在Cement ing Solutions,Inc 工作了多年,有多年的固井 工作经验。地址:上海市兴义路8号万都中心大厦38层3M 中国有限公司总办事处;邮政编码200336;电话(021)62753535。 第23卷第4期 钻 井 液 与 完 井 液 V ol.23No.42006年7月 DRILLING FLUID &COMPLET ION FLU ID July 2006
低密度水泥浆固井技术 吴健1 林利飞2 张静1 (1.延长油田股份有限公司井下作业工程公司; 2.延长油田股份有限公司开发部) 摘要:针对延长油田股份有限公司西区 采油厂的地层特性、储层特点和固井难点, 研制出了适合西区采油厂的地层条件、一次 上返低压易漏固井用水泥浆体系,以及与产 层固井低失水水泥浆体系相配套的固井工艺 技术。通过对室内研究与现场施工的总结分 析,证明了现场固井设计的合理性,同时固 井质量大幅度提高,达到了项目的研究目 的,对今后其他地区和气井长裸眼固井具有 一定的指导意义。 关键词:固井;低密度;水泥浆;地层特征;现场应用 解决低压易漏地层固井过程中漏失的有效方法就是使用相应的工艺技术和低密度水泥浆,依据对延长西区采油厂的地层分析,考虑成本和实用性等综合因素,决定研究开发复合低密度水泥浆技术。 1 复合低密度水泥室内研究 室内研究条件主要是指井底静止温度、循环温度和井底静液柱压力。 (1)实验温度的确定。井底静止温度与区域平均地表温度和地温梯度有关,是水泥石强度养护的温度条件。经验计算公式为 t B HS=T+K H(1)式中t B HS为井底静止温度(℃);T为平均地表温度(℃)(西区10℃);K为地温梯度(℃/100m); H为井垂直深度(m)。 井底循环温度t是稠化时间实验的温度条件,经验计算式为 t=钻井液循环出口温度+套管鞋深度/168 根据延长西区采油厂井深和钻井液循环出口温度,计算井底温度为65℃～70℃,循环温度为50℃～55℃。 (2)实验压力的确定。尽管压力对注水泥作业的影响不像温度那么明显,但仍是影响水泥浆稠化凝固的另一个重要因素,是稠化时间测试的条件。井底压力与液体密度和井的垂直深度有关,计算公式为 p=010098rh(2) 式中p为井底压力(M Pa);r为液体密度(kg/m3);H为套管下入垂深(m)。 根据西区采油厂井深,低密度水泥浆实验压力为20～25M Pa,常规密度水泥浆实验压力为32～36M Pa。 2 复合低密度水泥的配浆方法 经研究,造成复合低密度水泥浆试验效果降低、特别是密度值相差很大的原因是高速剪切破碎造成的,复合低密度水泥浆的配浆方法如图1 所示。 图1 复合低密度水泥浆配浆方法 按此方法配浆,配得的水泥浆密度与现场基本相同。在室内加深复合低密度水泥的研究并掌握其性能特点,对指导生产施工具有重要的意义。 3 现场应用配方的确定 为了进行系统的研究,在室内做了大量的实验研究工作,基本形成了密度系列化配方体系,基本配方组成为:G级油井水泥+粉煤灰+漂珠+增强稳定剂+水。通过改变材料配比组合以及水量的变化实现不同的水泥浆密度。从室内试验结果可以得知,几种体系配方组合均可满足低密度水泥浆固井的需要。本次现场试验使用的配方:60%G级水泥+25%粉煤灰+15%漂珠+2%ZWJ,水灰比为017,密度为1143g/cm3。 利用复合低密度水泥浆体系固井技术对3口井进行施工,其施工数据的对比情况如表1所示。 依据固井质量评定标准对正31-1井、5132- 7井、4039-4井3口固井试验井的固井质量检查 86 油气田地面工程第28卷第1期(200911)
（大庆钻探钻井生产技术服务二公司，吉林松原 138000） 摘要：低密度水泥浆固井技术的基本原理就是利用水泥浆的低密度性质，发挥通过和填充性，对油井的周围进行有效的填充和密闭，由此保证油井的安全。在低密度水泥浆的发展过程中，其比例设计和添加剂的合理使用成为了其发展的主要推动力，而且增加了强度的低密度水泥浆也在实际的应用中获得了成功。 关键词：低密度水泥浆；配比设计；应用优势 中图分类号：tu 文献标识码：a文章编号：1672-3198（2011）01-0282-01 1 低密度水泥浆固井思路 随着研究层面的拓展，微观力学和宏观力学的研究进一步通过密集堆积的理论，明确了用颗粒材料粒径大小分布调整来提高其宏观力学特性可能。其原理就是通过对混合物质内的固体粒径的大小和分布状况的调整，使之合理分配和混合，让水泥浆的体系具备更加优良的填充效果，而且让各种粒径的材料实现更好的密集堆积效应，增加水泥浆更多的固相，由此增加水泥浆的性能指标。这时低密度高强度水泥浆就应运而生了。其组成不仅仅考虑到了原料的物理性能，也考虑到了水泥浆化学特性。 2 低密度水泥浆的配备设计 在试验的过程中发现，低密度水泥浆的试验效果降低，尤其是强度的变化差异的主要原因就是，高速度的剪切和破碎对水泥造成的影响。因此在低密度水泥的配备的时候，应当控制搅拌器的转速，控制在4000转每分钟，并控制搅拌的时间，这样就可以达到较为理想的试验效果。 研究人员为了使得整个水泥浆系统达到应用的标准，并提高效果，在试验中已经形成了一个系列化的密度配合方案，基本配比的组合形式为：g级石油井水泥，粉煤灰、漂珠、增加稳定剂、水。在实际的应用中通过改变材料的比例和水量来实现对水泥浆密度的调整。按照上面的组合形成的不同密度的水泥浆都可以实现固井要求，例如：试验中采用的60%水泥、25%粉煤灰、15%漂珠、2%外加剂，水：灰7:3，这样产生的水泥浆密度为1.43g/cm。并且利用这一密度的水泥浆对某油田的3口油井进行加固处理，在施工结束后的检测中得到了较好的胶结数据，胶结良好的段占整个井的80%以上。 3 低密度水泥浆的固井技术特性 3.1 低密度水泥浆的稳定性提高 低密度水泥浆在研究和发展中已经逐步过渡到低密度高强度的材料特性上，因此整个水泥浆的体系的沉降稳定性更好，这主要是来自于增强剂的添加，其中的超细微的颗粒成为了一种助剂，成为了帮助水泥浆强化的“原料”。这些超细微的颗粒作用为：将加大颗粒的空隙填满，并连接悬浮物料；还可以吸附周围的水分子，让水分子之间形成氢键而互相连接，这就让超细颗粒之间形成了一个紧密的网状结构，然后再与水泥浆中的其他物料进行吸附连接，这样就使得整个水泥浆形成了紧密的网络体系。另外，增强剂的使用还可以让水质发生硬性反应和水泥浆胶凝，由此让水泥浆具备了优良的稳定性。 3.2 改良的水泥浆抗压强度有所提高 目前采用的低密度水泥浆技术与传统的相比，其强度有明显的改善。与以往的普通漂珠低密度水泥浆形成的水泥石的抗压强度相比，目前采用的增加了强化剂的水泥石抗压强度明显提高。这主要是因为增强剂在水泥凝结的过程中产生了大量的水硬反应，提高了颗粒间的胶结和强度；而且增强剂中的超微颗粒还改善了物料间的空隙和填充性，让水泥浆形成的水泥石的强度进一步增强。 3.3 低密度水泥浆固井提高了抗腐蚀性能 固井过程中，水泥石的抗腐蚀的最重要因素就是水泥浆在凝固的过程中所形成的水泥石
油田固井水泥浆体系研究及应用 摘要：目前，由于资源的紧缺，世界各国都在紧锣密鼓的对深水油气资源进行勘探开发。深水区域的钻井作业一直是一个世界上多个国家面临的问题，特别是表层钻井作业，例如浅层、水平基底的研究都还有待解决，这对固井水泥浆，尤其是表层的工作提出了更高的要求。钻井技术的发展及油田勘探开发持续的加深，探井深度和生产井不同深度的不断增加，面临着很多长度、深度、强度都面临着高难度挑战。深层埋藏较深，使得生产井深度一般在5000米也很多；深井固井的制造工艺要满足工作的需要，首先就得使得质量达标，并且在保证质量的同时从节约成本出发，提高科技含量提高市场的竞争力，使得在国际市场上拥有自己的一席之地。 关键词：固井水泥浆技术体系深固井气井 固井水泥砂浆系统设计有一定固井性能满足一般要求应老驴温度、系统稳定性、水泥石的高温稳定性，我们必须肯定在什么情况下都能实施，并且固井质量需要有一定弹性材料及增韧材料进行严格的研究记忆及最佳分析外，还得研究加水泥浆增白剂及外部留下原料的添加量对水泥浆各种性能的影响。目前气井的施工深度至少都是3500米，所以对于长度、深度都有很高的要求。然后，对基层进行试气、压裂等工作环境的了解，水泥浆性能和施工固井更高的要求，保证了封固井质量使得工程的实施顺利的得以实施。但是现在国内深层气井固井质量并不理想，自2005年以来，先后发生了几起严重的事故，特别是对固井等环空窜气问题和油气测试、生产建设造成了极大的影响。 一、一般固井水泥浆体系 对于水泥体系而言中温的温度需要小于120℃，但是考虑到高温时性能的优越性，我们一般选择的是小于160℃的高温，超高温的固井特砂浆高温的性能更优越，目前较少的使温度控制在200℃水泥浆体系，适用温度一般都不超过200℃。这样的体系对于淡水以及矿化的固井的效果是最好的，它一般使用的一般条件，同时也固井用的低密度、高密度的条件比较复杂的固井；性能的提高能够扩大产品使用的范围，优良的性能是保证稳定的基础，要确保各种性能都能满足所需并且更容易调节。 二、对于深井固井的研究 1.高温的防气窜体系的产用要满足几个方面的要求，可泵性的密度一般都控制1.93g/cm3，流动大230毫米；水泥浆的冷却凝固的时间可调的，过滤的阶段也要控制在15分钟以内；水泥砂浆具备担心丢失量，数量一定《102ml/30min、6.9MPa；压缩性、压缩性要大25MPa；对于失重的情况，要求渗透性能不能过高，内部需要一定的填充物增大阻力，使之具有一定的缓冲的能力。平时水泥石孔一定冲击更高百分之二十以上。