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。
中国石油大学（钻井工程）实验报告 实验日期：2014.12.04 成绩： 班级学号：姓名：教师： 同组者： 油井水泥浆性能实验 一、实验目的 1．通过实验掌握油井水泥浆密度、流变性能的测定方法，掌握有关仪器的使用方法，对油井水泥浆基本性能的指标范围有一定的认识。 2．通过实验掌握水泥浆稠化时间的测量方法及常压稠化仪的操作方法，了解常用油井水泥的稠化性能与有关标准，充分认识水泥浆稠化时间对固井作业的重要性。 二、实验原理 1．YM 型钻井液密度计是不等臂杠杠测试仪器。杠杠左端为盛液杯，右端连接平衡筒。当盛液杯盛满被测试液体时，移动砝码使杠杠主尺保持水平的平衡位置，此时砝码左侧边所对应的刻度线就是所测试液体的密度。 2．六转速粘度计是以电动机为动力的旋转型仪器。被测试液体处于两个同心圆筒间的环形空间内。通过变速传动外转筒以恒速旋转，外转筒通过被测试液体作用于内筒产生一个转矩，使同扭簧连接的内筒旋转了一个相应角度。依据牛顿定律，该转角的大小与液体的粘度成正比，于是液体粘度的测量转变为内筒转角的测量。反应在刻度盘的表针读数，通过计算即为液体粘度、切应力。 3．水泥浆常压稠化仪中有一带固定浆叶的可旋转的水泥容器。浆杯由电机带动以150 转/分的转速逆时针转动，浆杯中的水泥浆给予浆叶一定的阻力。这个阻力与水泥浆的稠度变化成比例关系。该阻力矩与指示计的弹簧的扭矩相平衡，通过指针在刻度盘上指示出稠度值。 三、实验仪器、设备 1．电子天平 2．恒速搅拌器 3．钻井液密度计
4．六速旋转粘度计 5．油井水泥常压稠化仪 四、实验步骤 1．标定常压稠化仪指示计 实验前，应当在标定装置上对指示计进行标定，将铜套圈装在指示计上方；缺口对准指示计销轴，尼龙线一端系在指示的销轴上，另一端沿铜套圈沟槽绕一周，然后再沿滑轮的沟槽引下与吊钩连接。标定时，在吊钩上装上砝码，读出指示计数值。然后将吊钩、砝码用手托起，使指示计指针回到零。接着松手让吊钩、砝码慢慢落下，读数。如此反复几次，取平均值。 2．配制水泥浆 配制水泥浆之前必须确定水灰比。合理的水灰比是保证水泥环具有足够的抗压强度和水泥浆良好的可泵性的前提。当水灰比过大时，水泥浆难以搅拌和泵送，在环空流动将产生很高的摩擦阻力。如遇渗透性好的低压井段，则产生压差滤失，使水渗入地层，造成憋泵事故。水灰比过小，水泥环将达不到要求的抗压强度。API 标准推荐的水灰比见表1。 表1 API 的水灰比（W/C）标准 ①按实验时要求的水灰比计算水泥和水的重量（如水灰比0.5）。 ②在天平上称取 600 克水泥，用量筒取相应的水量300 克。 ③加入促凝剂氯化钙24克，放入水中搅拌。 ④将量出的水倒入搅拌器的杯内，启动搅拌机，调节转数为 4000 转/分。将称 出的干水泥在15 秒内加入水中。然后调节搅拌器转数为12000 转/分，继续搅拌35秒。 3．测定水泥浆的稠化时间 ①将浆杯轻轻放入杯套内，使浆杯、杯套的缺口对齐。 ②打开总电源开关。按照实验中升温方案的初始值，设置温度拨码式调节器的下一排数字。然后接通加热器电源。在温度完全稳定后，再进行下列步骤。
Dingle粉煤灰低密度水泥浆体系 随着勘探领域不断向复杂、深部油气藏拓展，固井遭遇的特殊井、疑难井越来越多。其中低压易漏是比较突出的问题，针对低压易漏地层的固井，能否开发出一种兼有多种特性的低密度水泥浆体系来适合复杂井的固井要求是非常必要的。目前，低密度水泥浆多采用添加低密度材料和增加水灰比来降低水泥浆密度。最常用的低密度材料有粉煤灰、膨润土、硅藻土、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、沥青、矿渣、塑料粉、核桃壳粉、空心微珠、实心微珠、3M微珠等。采用这类减轻剂的优点是，水泥浆密度可降至1.40～1.60g/cm3，用漂珠、微珠可降至1.25～1.45g/cm3，缺点是配成的水泥浆体流动性较差，稠化时间波动大，个别减轻剂（例如空心微珠）价格较高、漂珠不适合高压等。粉煤灰低密度水泥浆同样存在着强度发展慢、密度下限受到限制、体系不稳定等难点，但粉煤灰存在着价格低，具有较好的抗渗透性、抗硫酸盐腐蚀以及良好的经济效益和环保效益等特点，于是我们开展了粉煤灰低密度水泥浆体系攻关研究。 粉煤灰是燃煤火力发电厂煤粉燃烧熔融后排出的粉末状晶体废物，年排放粉煤灰量上亿吨，多年来未被利用的粉煤灰量累计近6亿吨。粉煤灰是具有火山灰特性的微细 灰，主要化学成分为SiO 2和Al 2 O 3 ，次要成分为CaO和Fe 2 O 3 以及少量的MgO等，其粒径 范围为0.5～300μm，密度在2.0～2.5g/cm3之间。由于粉煤灰的多孔结构、球形粒径的特性，在松散状态下具有良好的渗透性，其渗透系数比粘性土的渗透系数大数百倍。 早在20世纪40年代，美国开始用粉煤灰作油井水泥的减轻剂，至1965年在固井工程中已有年用粉煤灰13万T的记录。其时，水泥浆体采用绝对体积比，粉煤灰与水泥之比一般为1：1，如改为质量比，则为37：47。20世纪80年代末，大港油田将粉煤灰添加进G级水泥中，使浆体密度降至1.50～1.60g/cm3。 目前，许多科研单位对粉煤灰低密度水泥浆体系进行了研究，并且进行了现场应用，对粉煤灰低密度水泥浆体系主要针对低温强度、水泥浆浆稳定性以及水泥浆密度进行了研究。 1、激活剂的研究 目前常用的粉煤灰激发剂有: 碱性激发剂(NaOH、Na 2SiO 3 等) 、硫酸盐(Ca 2 SO 4 、 Na 2SO 4 等) 、纯碱(Na 2 CO 3 ) 、卤化物(NaCl 、CaCl 2 等) ,常用的改性剂为生石灰。一 般加石灰主要是为了提高体系中的CaO/SiO 2 从而提高粉煤灰的活化效率。但是，碱性激发剂的强碱性可能会增加发生过度反应的危险, 氯化物会引起混凝土的钢筋锈蚀。
水泥浆液主要性能试验方法 水泥净浆稠度的试验方法 高效减水剂，减水率12%。水泥净浆稠度采用水泥浆稠度试验漏斗（上口φ178，下口φ13，体积1725ml）测试。测定时，先将漏斗调整放平，关上底口活门，将搅拌均匀的水泥净浆倾入漏斗内，直至浆液表面触及点测规下端（表明漏斗内已经装满1725ml浆液）。打开活门，让水泥浆液自由流出，水泥浆液全部流完时间（s），称为水泥浆的稠度。 水泥净浆泌水率的试验方法 往高约120mm的有机玻璃容体中填灌水泥浆约100mm深，测填灌面高度并记录下来，然后用密封盖盖严，置放3h和24h后量测其离析水水面和水泥浆膨胀面。离析水的高度除以原填灌浆液高度即 为泌水率，计算公式如下： 泌水率=（静置3h后离析水面高度-静置24h后水泥浆膨胀面高度）/ 最初填灌水泥浆面高度*100% 水泥净浆膨胀率的试验方法 水泥净浆的膨胀率分两部分测试：一为测试水泥浆体凝结前膨胀率；另一为测试水泥浆体中后期膨胀率。测试凝结前膨胀率是结合泌水率的测试进行的，即将测试好泌水率的水泥浆继续静置21h（实际距离制浆时间为24h）后测量水泥净浆膨胀后的浆面高度。膨胀的高度除以水泥浆原来填灌高度即为膨胀率。计算公式如下：
膨胀率=（膨胀后水泥净浆面高度-最初填灌水泥浆面高度）/最初填灌水泥面高度*100% 测中后期膨胀率的方法为：用40*40*160水泥软练三联试模，在两端镶嵌铜测头，水泥浆入模后24h拆模并量测试件长度作为试件的初始长度。试件在20±1℃标准条件下进行养护，前14天为水中养护，14后转入湿空气中养护。分别测试试件3d、7d、14d、28d 的长度。膨胀的长度除以试件的基长即为膨胀率，计算公式如下：膨胀率=（膨胀后的长度-初始长度）/试件基长*100% 水泥净浆极限抗压强度的试验方法 用70.7mm*70.7mm*70.7立方体试件对每种配合比的水泥浆液都制作两组（12块）试块，标准养护28天，测其抗压强度。 不同水胶比水泥浆液的性能 根据规范对水泥浆液的技术条件要求：强度一般与被注浆体同强度，没有要求时应不小于30Mpa；在掺入适量减水剂的情况下，水灰比可减到0.35；水泥浆的泌水率最大不得超过3%，拌和后3h泌水率宜控制在2%，泌水应在24h内重新全部被浆吸回；水泥浆中可加入膨胀剂，但其自由膨胀率应小于10%；水泥浆液稠度宜控制在14~18s之间。所以暂时以减水剂掺量1%，膨胀剂掺量10%为基准配合比进行试验。 水泥净浆稠度测试结果，见（表1） 表1 水泥净浆稠度测试结果
水泥浆泌水率试验 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
水泥浆液主要性能试验方法 水泥净浆稠度的试验方法 高效减水剂，减水率12%。水泥净浆稠度采用水泥浆稠度试验漏斗（上口φ178，下口φ13，体积1725ml）测试。测定时，先将漏斗调整放平，关上底口活门，将搅拌均匀的水泥净浆倾入漏斗内，直至浆液表面触及点测规下端（表明漏斗内已经装满1725ml浆液）。打开活门，让水泥浆液自由流出，水泥浆液全部流完时间（s），称为水泥浆的稠度。 水泥净浆泌水率的试验方法 往高约120mm的有机玻璃容体中填灌水泥浆约100mm深，测填灌面高度并记录下来，然后用密封盖盖严，置放3h和24h后量测其离析水水面和水泥浆膨胀面。离析水的高度除以原填灌浆液高度即为泌水率，计 算公式如下： 泌水率=（静置3h后离析水面高度-静置24h后水泥浆膨胀面高度）/最初填灌水泥浆面高度*100% 水泥净浆膨胀率的试验方法 水泥净浆的膨胀率分两部分测试：一为测试水泥浆体凝结前膨胀率；另一为测试水泥浆体中后期膨胀率。测试凝结前膨胀率是结合泌水率的测试进行的，即将测试好泌水率的水泥浆继续静置21h（实际距离制浆时间为24h）后测量水泥净浆膨胀后的浆面高度。膨胀的 高度除以水泥浆原来填灌高度即为膨胀率。计算公式如下： 膨胀率=（膨胀后水泥净浆面高度-最初填灌水泥浆面高度）/最初填灌水泥面高度*100% 测中后期膨胀率的方法为：用40*40*160水泥软练三联试模，在两端镶嵌铜测头，水泥浆入模后24h拆模并量测试件长度作为试件的初始
长度。试件在20±1℃标准条件下进行养护，前14天为水中养护，14后转入湿空气中养护。分别测试试件3d、7d、14d、28d 的长度。膨胀的长度除以试件的基长即为膨胀率，计算公式如下：膨胀率=（膨胀后的长度-初始长度）/试件基长*100% 水泥净浆极限抗压强度的试验方法 用70.7mm*70.7mm*70.7立方体试件对每种配合比的水泥浆液 都制作两组（12块）试块，标准养护28天，测其抗压强度。 不同水胶比水泥浆液的性能 根据规范对水泥浆液的技术条件要求：强度一般与被注浆体同强度，没有要求时应不小于30Mpa；在掺入适量减水剂的情况下，水灰比可减到0.35；水泥浆的泌水率最大不得超过3%，拌和后3h泌水率宜控制在2%，泌水应在24h内重新全部被浆吸回；水泥浆中可加入膨胀剂，但其自由膨胀率应小于10%；水泥浆液稠度宜控制在 14~18s之间。所以暂时以减水剂掺量1%，膨胀剂掺量10%为基准配合比进行试验。 水泥净浆稠度测试结果，见（表1） 表1 水泥净浆稠度测试结果 ⑴水胶比为0.34~0.35之间的水泥净浆的稠度符合规范要求。 ⑵静置20min后，水泥浆的稠度损失较大，故要求浆液配置好以后 应该尽快注完。 2.2.2 水泥净浆泌水率测试结果，见（表2）
中国石油大学 钻井工程 实验报告 实验日期： 2015.5.27 成绩： 班级： 石工（实验）1202 学号： 姓名： 教师： 同组者： 油井水泥浆性能实验 一、实验目的 1.通过实验掌握油井水泥浆的基本配置方法，掌握水泥浆密度，流变性能的测定方法，掌握有关仪器的使用方法，对油井水泥浆基本性能的指标范围有一定的认识 ; 2.通过实验掌握油井水泥浆稠化时间的测量方法及常压稠化仪的操作方法，了解常用油井水泥的稠化性能与有关标准，充分认识水泥浆稠化时间对固井作业的重要性。 二、实验原理 1、水泥浆密度 水泥浆密度是由配制水泥浆的水泥、配浆水、外加剂和外掺料等材料的密度和掺量决定的。 实验中使用YM 型钻井液密度计测量水泥浆的密度，该仪器是不等臂杠杠测试仪器，杠杠左端为盛液杯，右端连接平衡筒。当盛液杯盛满被测试液体时，移动砝码使杠杠主尺保持水平的平衡位置，此时砝码左侧边所对应的刻度线就是所测试液体的密度。 2、水泥浆流变性能. 大多数水泥浆表现出复杂的非牛顿流体特征。一般来说，水泥浆属于剪切稀释型流体，描述水泥浆流变性质最常用的流变模式为宾汉塑性模式和幂律模式。 （1）宾汉塑性模式 （2）幂律模式 实验中使用六转速粘度计测量水泥浆的流变性能，该仪器是以电动机为动力的旋转型仪器。被测试液体处于两个同心圆筒间的环形空间内。通过变速传动外转筒以恒速旋转，外转筒通过被测试液体作用于内筒产生一个转矩，使同扭簧连接的内筒旋转了一个相应角度。依据牛顿定律，该转角的大小与液体的粘度成正比，于是液体粘度的测量转变为内筒转角的测量。记录表盘参数，通过以下方法计算水泥浆的流变参数。 n -幂律系数, 无量纲量； k-稠度系数，n Pa S ?。 n k τγ=? y p ττμγ=+?
高密度三凝水泥浆体系研究与应用探究 发表时间：2019-07-18T11:00:24.650Z 来源：《科技尚品》2018年第12期作者：董宁宁 [导读] 断块构造定向井存在长油层段、井底温度高、井眼质量差、井径扩大率大、顶替效率差、井下情况复杂不易压稳，固井后有可能导致层间窜流等一系列固井技术难题。文章针对固井技术难题，结合该断块地质特征，提出采用三凝水泥浆体系进行封固的技术思路，经过室内化验与在固井中现场应用，技术思路可以取得良好的固井效果。 中石化中原石油工程有限公司固井公司 1 研究来源 1 .1 基础数据 A井是断块构造上的一口定向开发井，该井设计井深3836m/ 3580m，使用215 .9mm 钻头钻至井深3819m /3580m 完钻，下入 139.7mm 套管固井完井。完钻时泥浆出口温度是73 ℃，最大井斜在33 .1°/3075m处，方位107.9。完井讨论数据为油顶 2876m，油底3767 .8m，地质阻位3788m，返高2650m，套管下深 3815 .52m。泥浆性能如表 1 。 1 . 2 技术难点 （1）油层段长长达 891 .8m，加上出口温度高达 73 ℃，且该区块水层活跃、油水同层，不易压稳，固井后有可能导致层间窜流，对固井水泥浆体系带来严峻的考验；（2）井斜度较大，最大井斜为 33 .1°，套管难以居中；（3）井眼质量差，平均井径244 .1mm，井径扩大率大，达到13 .08 %；（4）井下情况复杂，不易压稳，钻井液密度提高到1 .30g cm3 勉强建立平衡，过高的钻井液密度使得井壁上的泥饼增多，另外顶替效率差。 2解决措施 针对以上技术难点，结合断块地质特征，采取以下措施：1）采用高密三凝水泥浆体系。要使得固井过程中不发生漏失，即 P环3室内化验 3 .1 外加剂的选择 水泥浆的设计原则：（1）较好的稳定性；（2）合适的稠化时间和密度；（3）良好的沉降稳定性和流变性能；（4）较高的强度、较低的失水。选择优良耐高温的外加剂，根据井下温度、压力条件进行流变学设计，严格控制失水量和析水量，要按照流变学来设计和调整水泥浆性能，达到紊流顶替，以提高顶替效率。（1）固井时水泥浆在压力下流经高渗透地层时，将发生"渗透"，水泥浆液相漏入地层，通称为失水，故能够降低油井水泥浆失水量的这种外加剂通称为油井水泥降失水剂，目前主要通过减小滤饼渗透率或提高水相粘度等手段来达到降低失水的目的，根据水泥浆化验及实际生产需要，本井使用降失水剂TW200S 。（2）经过对分散剂的室内化验与长时期的现场应用，发现分散剂是高密度水泥浆的重要组成部分。高密度水泥浆由于水固比低，需要加入分散剂改善水泥浆的流变性能和流动度，本井使用分散剂 TW401S 。（3）在 80 ℃～120 ℃的温度下，采取分段水泥浆固井时需要加入缓凝剂对稠化时间进行调节。（4）对于该井高密度水泥浆体系，还需要加入微硅进行控制析水，以达到固井要求。微硅水泥浆体系具有良好的稳定性。微硅均匀分散，使水泥浆的液相变为稳定的溶胶，水泥颗粒悬浮在液相中，不易沉降，因此微硅水泥浆的析水率极小，具有良好的稳定性。 3 .2 水泥浆压稳设计与水泥浆体系化验 压稳是指固井水泥浆在候凝过程中，环空液柱压力压住高压油气水层，不发生油气水窜。应用三凝水泥体系，采用不同密度的水泥浆，达到压力平衡固井。同时在施工时对水泥浆量要求控制严格，每种水泥浆上返高度要精确计算。 3.3 水泥浆体系化验 根据现场需求进行室内化验，化验条件：温度 95 ℃，压力48MPa ，升温时间 40min。 配方 1（1 #）：油井水泥 D 级+降失水剂 TW200S +分散剂TW401S +缓凝剂 ZH -2 +消泡剂 XP -1 。配方 2（2 #）：油井水泥 G 级+降失水剂 TW200S +分散剂TW401S +缓凝剂 ZH -2 +微硅+XP -1 。配方 3（3 #）：油井水泥 G 级+降失水剂 TW200S +分散剂 TW401S +膨胀剂 QJ -625 +微硅+消泡剂XP -1，水泥浆化验曲线图见图。 4应用效果与结论 经候凝 36h 后测声幅显示 ,实际返高 2593 .4m ,人工井底3795 .0m。3795m～2850m 油层段声幅5 %以内 ,固井质量为优质；其余井段
水泥性能试验作业指导书 （NTJCZ-TG09） 1.适用范围 本作业指导书适用于普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥性能试验。 2.执行标准 《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175—1999 《复合硅酸盐水泥》GB12958—1999 《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥》GB1344—1999 《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》GB/T17671—1999 《水泥细度检验方法（80um筛筛析法）》GB1345—1991 《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》GB/T1346—2001 3.细度 3.1方法原理 是采用80um筛对水泥试样进行筛析试验，用筛网上所得筛余物的质量占试样原始质量的百分数来表示水泥样品的细度。 3.2取样 水泥试样应充分拌匀，通过0.9mm方孔筛，记录筛余物情况； 3.3试验步骤 1）把负压筛放在筛座上，盖上筛盖，接通电源。调节负压至4000—6000Pa范围内； 2）称取试样25g置于洁净的负压筛上，盖上筛盖，放在筛座上，开动筛析仪，连续筛2min，在此期间如有试样粘附在筛盖上，可轻轻敲打，使试样落下，筛毕，用天平称量筛余物； 3）当工作负压小于4000Pa时，应清理吸尘器内水泥，使负压恢复正常。 结果计算：F=Rs/W×100%（精确至0.1%） 3.4试验筛修正法： 用一种已知80um标准筛筛余百分数的粉状式样，作为标准样，测试方法同筛析法。 计算修正系数C=Fn/Ft（精确至0.01）；修正后：Fo=C×F；修正系数C超出0.08～1.20的试验筛不能用作水泥细度检验。 4.水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性测定 4.1原理 1）水泥标准稠度净浆对标准试杆（或试锥）的沉入具有一定阻力。通
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/934250705.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
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)
第37卷第4期2009年7月 石 油 钻 探 技 术 P ET RO LEU M D RIL LI NG T ECHN IQ U ES Vo l 37,N o 4 Jul.,2009 收稿日期:2009 01 04;改回日期:2009 06 01 作者简介:步玉环(1966 ),女,山东茌平人,1988年毕业于石 油大学(华东)钻井工程专业,2005年获中国石油大学(华东)油气井 工程专业博士学位,教授,硕士生导师,现主要从事油气井工程方面 的教学与科研工作。 联系电话:(0546)8394360 管理与发展 触变性水泥浆体系研究与应用进展 步玉环1 尤 军1,2 姜林林1 (1 中国石油大学(华东)石油工程学院,山东东营 257061;2 中国石油集团渤海钻探工程有限公司第二固井分公司,天津塘 沽 300457) 摘 要:触变性水泥浆具有良好的触变性,易充满漏失层,被认为是目前解决恶性井漏问题的一项重要技术手段。笔者在调研触变性水泥浆的应用和研究的基础上,得出了改善水泥浆触变特性的机理,并依据该理论提出了一种新型的具有强触变特性的水泥浆。室内初步试验研究表明:强触变性水泥浆具有较好的触变性和流动性;在静止状态下,能较快形成高静胶凝强度;75 温度下失水量为81mL,24h抗压强度达到19 4M Pa,游离液量达到 0 8%以下,均满足固井要求。该触变性水泥浆对于解决钻井完井过程中出现的裂缝性、溶洞性漏失难题有重要的 现实意义。 关键词:水泥浆;触变性;堵漏;凝胶 中图分类号:T E256+ 7 文献标识码:A 文章编号:1001 0890(2009)04 0110 05 目前,我国石油勘探开发中遇到的海相沉积储层越来越多,该储层孕育着大量的裂缝和孔洞,无论是钻井还是固井都面临着海相地层严重井漏的问题[1]。触变性水泥浆在注入顶替过程中是稀的流体,泵送停止后则迅速形成具有刚性、能自身支持的凝胶结构,从而可以有效解决漏失问题。因此,触变性水泥浆被认为是目前解决恶性井漏问题的一项重要技术手段。 笔者在调研触变性水泥浆的应用和研究的基础上,得出了改善水泥浆触变特性的机理,并依据该理论提出了一种新型具有强触变特性的水泥浆。 1 触变性水泥浆的应用 目前,触变性水泥浆主要用于以下条件下的固井作业中[2 4]:1)适用于漏层的注水泥作业和处理钻井过程中的井漏;2)在一定条件下可以防止气窜的发生;3)在渗透地层进行补救挤水泥时,可以采用触变性水泥浆作为先导浆,以达到增加挤注压力和提高挤水泥成功率的目的;4)适用于薄弱地层的固井作业;5)修补破裂或被腐蚀的套管。 1 1 采用触变性水泥浆进行堵漏作业[5] 1994 1995年,长庆油田使用微硅低密度触变性水泥浆解决了陇东地区固井中洛河层漏失的问题。181口井的固井应用表明,触变性水泥浆使地层承压能力提高了0 07~0 18kg/L;水泥浆返高的合格井为179口;洛河层的声幅测井总合格率由1993年的44 0%提高至76 2%。2001年,胜利油田的3口井分别在876 6~885 9、1100 0~1 240 0、1142 0~1152 0m处发生了严重套管漏失,采用触变性水泥进行套管堵漏后,对3口井试压15M Pa,稳定10min不降,达到生产要求,完全恢复产能。 1 2 利用触变性水泥浆改善挤水泥作业 挤水泥作业中常遇到的问题是设法封固一些低压产层的射孔孔眼。Purdy油田的产油层主要集中在H art和Spring er两个砂岩层。过去采用双油管完井,两层间用封隔器隔开。现H art层产能逐渐降低,故决定挤入触变性水泥浆封堵其射孔孔眼而集中开采Springer层。5口井的作业结果表明,利用触变性水泥浆进行挤水泥作业切实可行,减少了
聚合物水泥防水砂浆试验作业指导书 SDZH/QMD1-58 1 适用范围 本作业指导书适用于聚合物水泥防水砂浆凝结时间、抗渗压力、抗压强度、抗折强度、粘结强度、耐热性、抗冻性试验。 2 依据 《聚合物水泥防水砂浆》JC/T 984-2011 《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》GB/T 1346-2001 《水泥胶砂强度检验方法》GB/T 17671（其最新版本适用于本文件） 《无机防水堵漏材料》GB 23440-2009 《混凝土界面处理剂》JC/T 907-2002 《普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法》GB/T 50082-2009 《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007 《聚合物改性水泥砂浆试验规程》DL/T 5126-2001 《行星式水泥胶砂搅拌机》JC/T 681-1997 3 主要仪器设备 1）水泥稠度及凝结时间测定仪 2）电动抗折试验机 3）压力试验机（300kN） 4）砂浆抗渗仪 5）电子拉力试验机（2000N） 6）电子天平（0.1g） 7）冻融箱：温度控制范围不应小于（-15~20）℃ 8）沸煮箱 4 标准试验条件 4.1试验室试验及干养护条件：温度（23±2）℃，相对湿度（50±10）%。 4.2养护室（箱）养护条件：温度（20±3）℃，相对湿度≥90%。 4.3养护水池：温度（20±2）℃。
4.4试验前样品及所有器具应在4.1条件下放置至少24h。 5 取样 5.1 组批 对同一类别产品，每50t为一批，不足50t也按一批计。 5.2 取样 在每批产品或生产线中不少于六个（组）取样点随机抽取。样品总质量不少于20kg。样品分为两份，一份试验，一份备用。试验前应将所取样品充分混合均匀，先进行外观检验，外观检验合格（液料经搅拌后均匀无沉淀；粉料为均匀、无结块的粉末。）后再按物理力学性能试验。 6 试验步骤 6.1配料 按生产厂推荐的配合比进行试验。 采用行星式水泥胶砂搅拌机低速搅拌或采用人工搅拌。 S类（单组分）试样：先将水倒入搅拌机内，然后将粉料徐徐加入到水中进行搅拌； D类（双组分）试样：先将粉料混合均匀，再加入已倒入液料的搅拌机中搅拌均匀。如需要加水的，应先将乳液与水搅拌均匀。搅拌时间和熟化时间按生产厂规定进行。若生产厂未提供上述规定，则搅拌3min、静止（1~3）min。 制备的砂浆分二次装入试模用插捣棒从边上向中间插倒25次，最后保持砂浆高出试模5mm，将高出的砂浆压实，刮平。试件成型后立即放入养护室养护，24h（从加水开始计算时间）脱模。如经24h养护，会因脱模对强度造成损害的，可以延迟24h脱模。 7d龄期砂浆试件的养护：脱模后试件立即在温度为（20±2）℃的不流动水中养护继续养护至3d龄期，再放入试验室干养护至7d龄期。 28d龄期砂浆试件的养护：脱模后试件立即在温度为（20±2）℃的不流动水中养护继续养护至7d龄期，再放入试验室干养护至28d龄期。 6.2 凝结时间 按6.1配料，按GB/T 1346-2001进行，采用受检的聚合物水泥防水砂浆材料取代该标准中试验用的水泥。 测定前准备工作：调整凝结时间测定仪的试针接触玻璃板时，指针对准零点。 初凝时间的测定：试件在标准养护箱内养护至起始时间之后30min时进行第一次测定。测定时，从标准养护箱中取出试模放到试针下，降低试针与水泥净浆表面接触。拧紧螺丝
弹韧性水泥浆体系的研究与应用 摘要：本文针对水平井后期开采过程中采用大型体积压裂技术致使水泥石完整 性发生破坏、形成微裂缝的问题，为了提高水泥环抗冲击能力，确保水泥环的层 间封隔能力，研制开发了弹韧性水泥浆体系，室内评价结果表明，该水泥浆体系 具有零游离液、低失水、低渗透、高强度、低弹性模量特点，现场试验结果表明，弹韧性水泥浆的性能参数满足各项固井施工要求，满足后期压裂投产施工需要， 为新疆油田长水平段水平井固井提供技术借鉴。 关键词：弹性材料；韧性；水泥浆；固井 1．弹韧性水泥浆体系研究 1.1 水泥外掺料的紧密堆积 采用紧密堆积理论优化水泥与充填材料间的粒度分布，在保证水泥浆流变性 的情况下，增加单位体积水泥浆的堆积率PVF（干混合物中所有颗粒绝对体积之 和除以干混成分的散装体积的值），PVF越大，紧密堆积的程度越高，水泥石孔 隙度和渗透率越小，性能越好[2]。 弹韧性水泥浆体系主要由弹性材料、增韧材料、石英砂、微硅、超细材料、 膨胀剂等构成，通过进一步优化各组分配比，水泥及外掺料间相互填充而形成最 紧密堆积，使水泥石结构和界面结构更为致密，降低水泥石渗透率，提高水泥石 强度，通过紧密堆积优化可使水泥石具有良好的“低弹性模量—高强度”特性。表 1是弹韧性水泥浆体系经颗粒级配后的水泥浆性能。从表1可知，弹韧性水泥浆 具有良好的流动性能，水泥石渗透率较低、弹性模量较小，且后期强度较高。 1.2 弹性材料、增韧材料的优选 1.2.1 弹性材料的优选 所选用弹性材料是一种以烯烃单体为原料添加引发剂聚合而成的油井水泥用 弹性外掺料。产品为白色至浅灰色粉末惰性颗粒状材料，自身具有较强的亲水性、分散性和较高的弹性。当水泥浆中加入弹性材料后，其将镶嵌在水泥石内部，当 水泥石受冲击力作用时，力将传递到填充其间的弹性材料颗粒，弹性材料发生弹 性变形，吸收部分能量，能有效地降低水泥石的弹性模量，从而提高水泥石的韧性，有利于后期采油作业。 1.2.2 增韧材料的优选 在水泥混凝土中掺加纤维能显著地提高其抗弯强度和降低干缩率，并能提高 水泥固化物的抗拉强度和变形能力，改善其韧性和抗冲击性。本文选择的碳纤维 是由聚丙烯腈纤维、黏胶纤维等经碳化而制得的纤维，强度和弹性模量相当高。 国内的现有增韧材料都为采用长短不同的纤维，或是在增韧材料中掺有其它 化工原料，利用纤维对负荷的传递，使水泥石应力集中点分散、应力集中的程度 减小，即增加水泥石的抗冲击能力。对现有的增韧剂进行评价主要是从水泥石的 抗折强度进行实验。 表1 增韧材料对水泥石抗折性能的影响 实验结果表明：1#、2#、3#、4#四种增韧剂在相同的试验条件下对比结果可 以看出2#增韧材料对水泥石抗折强度的影响高于其它三种增韧材料。 1.2.3 弹性材料、增韧材料加量的确定 以水泥浆配方（G+4%微硅+5%超细材料+20%石英砂+3%膨胀剂+2.5%降失水
中国石油大学钻井工程实验报告 实验日期： 成绩： 班级： 学号： 姓名： 教师： 同组者： 油井水泥浆性能实验 一、实验目的 1.掌握油井水泥浆的制备方法 ; 2.掌握测定水泥浆密度、流变性能和稠化时间的原理、实验流程及步骤。 二、实验原理 1、水泥浆密度 水泥浆密度是由配制水泥浆的水泥、配浆水、外加剂和外掺料等材料的密度和掺量决定的。 实验中使用YM 型钻井液密度计测量水泥浆的密度，该仪器是不等臂杠杠测试仪器，杠杠左端为盛液杯，右端连接平衡筒。当盛液杯盛满被测试液体时，移动砝码使杠杠主尺保持水平的平衡位置，此时砝码左侧边所对应的刻度线就是所测试液体的密度。 2、水泥浆流变性能 大多数水泥浆表现出复杂的非牛顿流体特征。一般来说，水泥浆属于剪切稀释型流体，描述水泥浆流变性质最常用的流变模式为宾汉塑性模式和幂律模式。 （1）宾汉塑性模式 y p ττ μ γ =+? （2）幂律模式 n k τγ =? n -幂律系数, 无量纲量； k-稠度系数，n Pa S ?。 实验中使用六转速粘度计测量水泥浆的流变性能，该仪器是以电动机为动力的旋转型仪器。被测试液体处于两个同心圆筒间的环形空间内。通过变速传动外转筒以恒速旋转，外转筒通过被测试液体作用于内筒产生一个转矩，使同扭簧连接的内筒旋转了一个相应角度。依据牛顿定律，该转角的大小与液体的粘度成正比，于是液体粘度的测量转变为内筒转角的测量。记录表盘参数，通过以下方法计算水泥浆的流变参数。
3、水泥浆稠化时间 稠化时间是指从水泥浆配浆开始到水泥浆注入稠化仪中，在实际井温和压力条件下，水泥浆稠度达到100 Bc 所经历的时间。 实验中使用常压稠化仪测量水泥浆的稠化时间。配制好水泥浆后，随着水泥水化，水泥浆不断变稠，稠化仪浆叶旋转剪切水泥浆的阻力增大，使安装在电位计上的弹簧扭矩及其指针旋转角度也相应增大，电位计的阻值及电压也随之增大。因此，电位计所反映出来的电压值，不仅表示了弹簧扭矩的大小，也反映了测量水泥浆稠度值的大小 三、实验设备 1、YM 液体密度计； 2、六转速粘度计； 3、稠化仪； 4、其它仪器； 四、实验步骤 1、确定水灰比步骤 配制水泥浆之前必须确定水灰比。合理的水灰比是保证水泥环具有足够的抗压强度和水泥浆良好的可泵性的前提。 表1 API 的水灰比（W/C ）标准 200100300100()/() F θθθθ=--幂律模式流变参数 ??? ??? ? =??? ? ??=n K n 511511.0lg 092.2300100300θθθ宾汉塑性模式流变参数 ?????-=-=p o p ηθτθθη511511.0) (0015.03001003000.50.03 =±式中：F —流变模式判别系数，无量纲；300θ—转速300r/min 读数； 200θ—转速200r/min 读数；100θ—转速100r/min 读数。 首先，判别流变模式 ： 0.50.03 ≠± 宾汉塑性模式 幂律模式 然后，计算流变参数：
水泥浆配比公式 This manuscript was revised by the office on December 10, 2020.
1、水泥浆量的计算： 理论公式： V=π/4×D2Hk V-水泥浆体积 m3 D-套管内径 mm H-水泥塞长度 m k-附加系数 k值一般取。在此范围内，数值的大小由以下因素而定：深井取大些，浅井取值小些；井径小取值大些，井径大取值小些；灰塞短取值大，灰塞长取值小。一般在现场的计算公式如下： V=q×H×k 式中： V―――水泥用量，m3 q―――单位长度套管容积， L/m k―――附加系数。一般为、干水泥量计算： 理论公式： T=V×ρ干水泥（ρ水泥浆－ρ水）/（ρ干水泥－ρ水） 其中： ρ干水泥―――干水泥密度；（一般取） ρ水泥浆―――水泥浆密度； ρ水―――水的密度； V ―――水泥浆体积；m3 T ―――干水泥质量；t 3、清水量计算公式： Q=ρ水泥浆)×V =V-G/3.14 G干水泥重量 式中：Q ―――实际配水泥浆的清水量； Kg ρ水泥浆―――所用水泥浆相对密度； V――――所用水泥浆的体积；L 注：现场实用经验公式 配置1方比重为的水泥浆需干水泥25袋，清水方，由此推算出所用干水泥用量及清水用量。 4.顶替量的计算 V=π/4×D2H V:顶替量m3 D：注塞管柱内径m H:管柱下深与所注水泥浆在套管内的实际高度之差。 注水泥塞工艺 1．水泥浆性能、指标 1）淡水水泥浆的配制。 淡水水泥浆配制性能指标参数一览表
（按干水泥100kg，密度ρ＝3.15g/㎝3计算） 水泥浆密度g/㎝3、干水泥用量kg、清水用量L、水泥浆配制量V L 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 2) 密度计算 淡水水泥浆密度按下面公式计算： 密度ρ＝(100＋ｅ)÷（100÷＋e）＝（100＋ｅ）÷（+e） 清水用量ｅ＝100×（1－ρ／）÷（ρ－1） 水泥浆配制量V＝÷（ρ－1） 举例:现有干水泥1000kg（20袋,50kg/袋）,需配制密度为1.85g/㎝3的水泥浆,其清水用量和水泥浆配制量分别为多少升才能满足要求 清水用量ｅ＝1000（1－）÷－1)＝（L） 水泥浆配制量V＝（×1000）÷100÷（－1）＝（L） 泥浆比重配合比一. 水泥浆：水泥浆比重γ=(W/C+1)/( W/C+1/ 水灰比 W/C=1:1 水泥浆比重水灰比W/C= 水泥浆比重水灰比W/C= 水泥浆比重水灰比W/C= 水泥浆比重每方水泥用量=1000*(1-空隙 率)/(1/水泥表观密度+水灰比) 水泥浆比重=每方水泥用量*(1+水灰比)/1000 如空隙率取2%，则: 水泥浆比重=*(1+水灰比)/(1/水泥表观密度+水灰比) 1. 因水的密度为1g/cm⒊，水泥密度为3.15g/cm⒊(查手册). 那么水灰比为时γ=+1)/+1/≈1.61g/cm⒊水灰比为：1时的水泥浆比重是多少 =(1+/(1/+= 吨/立方米注：不计水与水泥化合、结晶等引起的体积变化 2.水的比重为1，水泥的比重为3，用如下公式可算出每L浆液的含灰量，1/+1/3)=1.364kg/L，1立方水泥浆含水泥量就是1364kg，其他水灰比也可用这个公式，什么水灰比代在那就可以了,很方便. 3.混凝土配合比为1：：，水灰比为。已知每立方米混凝土拌合物中水泥用量为295kg。