油井水泥浆性能实验

防漏水泥浆的开发及性能评价邹建龙屈建省吕光明朱海金（中国石油集团工程技术研究院）摘要为解决固井施工中水泥浆漏失低返难题，开发了防漏外加剂（包括防漏剂和助防漏剂），制备了防漏水泥浆。

以水泥浆高温高压失水仪为基础建立了水泥浆堵漏试验装置，并制定了测试方法。

试验结果表明，开发的防漏水泥浆具有较好的堵漏性能和施工性能。

水泥浆漏失低返是国内外油田普遍存在且尚未完全解决的技术难题之一，在多压力层系、长封固段和低压易漏性地层的固井施工中尤为突出。

固井施工之前，应采取各种堵漏措施解决或减轻井漏问题，但固井前即使已经堵住了漏失，固井时仍然可能因为环空发生憋堵、原有堵漏不彻底、水泥浆附加量过多等原因而再次发生漏失。

为防止固井时发生漏失，从固井工艺方面来看，可采用分级固井、正注反挤、使用套管外封隔器等措施，但这些措施的实施需要对漏层的准确定位，而且存在施工风险。

从水泥浆方面来看，可采用低密度水泥浆、触变水泥浆等方法。

低密度水泥浆可以防止漏失，但不具备堵漏功能，不能提高地层承压能力，不适用于多压力层系地层。

触变水泥浆具有堵漏作用，但施工风险大，如触变性弱，则堵漏效果不佳，如触变性强，则施工中容易憋泵。

在水泥浆中加入适当的堵漏材料（如特种纤维材料）可以使水泥浆具有堵漏功能，可以提高薄弱地层的承压能力，是提高水泥浆防漏堵漏性能的有效方法，是解决水泥浆漏失低返问题的有效途径，近年来在国内外有少量报道[1,2]。

防漏水泥浆的组成防漏水泥浆主要由水泥、外掺料、水、及外加剂组成，其中外加剂主要包括：（1）防漏剂BCE-200SBCE-200S由纤维及适量助剂组成。

纤维具有适宜的尺寸，表面经过亲水处理，在水泥浆中良好分散，形成网络结构，具有较好的防漏堵漏性能。

助剂的加入保证了纤维与水泥干混时均匀分散，并可适当提高纤维与水泥的胶结。

（2）助防漏剂BCE-210SBCE-210S由多种外加剂组成，调节水泥浆性能，与防漏剂协同作用，可有效提高水泥浆的防漏堵漏能力。

1.25~1.30g/cm3低密高强水泥浆体系研究与应用李德伟*（中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆固井公司,陕西西安710000）摘要：2019年，油田公司为了保护油层，保护套管的要求，调整了油、气井产建方案，油气井实行全封固，同时对低密度段封固质量及性能提出了更高的要求。

低密度水泥石24h抗压强度达到7.0MPa 以上。

因此，为了解决承压能力低区块难以实施一次上返固井工艺的技术难题，研制出了一种复合减轻剂以及形成了三种低密高强水泥浆体系,使用密度范围为1.25~1.30g/cm3,适用温度范围广泛,具有水泥浆稳定性好、抗压强度高、渗透率低、防气窜能力强、失水量易控制等特点，提高低密度段固井质量，满足甲方产建方案要求。

混灰流程方便，现场施工工艺简单，取得了很好的经济效益。

关键词：1.25~1.30g/cm3；低密高强；水泥浆体系；复合减轻材料；现场应用中图分类号：TE24文献标识码：B文章编号：1004-5716(2021)03-0101-04随着长庆油田对低压低渗透油气藏的进一步勘探和开发，深井和长封固段井的数量也逐年增多，低压易漏井和深井长封固井的固井难点也日趋突显出来。

为避免长封井和易漏井固井施工中出现漏失，并保证固井质量，对固井水泥浆的各项性能提出了更高的要求，特别是在2019年，为了适应新环保法的要求，长庆油田调整了油、气井产建方案，油气井实行全封固，同时对低密度段封固质量及性能提出了更高的要求。

不仅要进一步降低水泥浆密度，还要保证水泥浆在大温差下的各项性能，最大程度地满足油田勘探开发的要求。

1长庆油田低密度水泥浆应用现状目前，长庆油田应用的低密度水泥浆密度范围在1.35~1.65g/cm3之间，难以满足地层承压能力特低的区块的固井要求和固井质量要求。

但该水泥浆密度和低温条件下的抗压强度，还不完全满足长封段固井要求。

1.25~1.30g/cm3低密高强水泥浆体系的研究的完成将有利于保证长庆油田深井和长封固井的固井施工及提高固井质量，改善下部漏失层承压能力；同时随着水泥浆密度的进一步降低，也减少了液柱压力与地层压力的过平衡的程度，尽可能避免了油气层带来的损害；为长庆油田后续开发的需求提供了有利的技术支撑，对固井技术的发展起到积极的推动作用。

固井水泥浆性能对固井质量的影响分析摘要:为了研究水泥浆性能对固井质量的影响,利用现场水泥浆性能的相关资料并结合第一､第二界面固井质量的测井解释结果,定性地统计出水泥浆性能与固井质量间的关系｡经过对水泥浆性能的统计表明,水泥浆结构使用领浆和尾浆比用单一结构的固井质量要高,且当领尾浆的长度比大于1､领尾浆的稠化时间差为40~60min时,有利于提高固井质量｡水泥浆领浆和尾浆的稠化过渡时间小于20min 时,有利于提高固井质量｡如果用水泥浆性能系数SPN评价水泥浆的防气窜能力,则领浆的SPN值小于3及尾浆的SPN值小于6时,有利于保证固井质量｡｡关键词:固井;水泥浆;性能;固井质量1前言目前,随着对固井质量影响因素全面而深入的研究,水泥浆性能对固井质量的影响越来越受到固井工作人员和科研人员的高度重视｡研究表明,水泥浆的体系以及性能都会不同程度地对固井质量产生影响,但是关于水泥浆性能对固井质量影响的研究主要是室内实验研究｡利用统计现场数据的方法研究水泥浆性能对固井质量的影响还很少,只对水泥浆的少数性能进行统计,没有对水泥浆性能进行系统的统计｡2固井水泥原材料2.1水泥选择目前,我国常用普通硅酸盐水泥和G级油井水泥作为固井原材料｡针对钻采地热能时热能的流失和孔壁垮塌等问题,我国研究人员展开了一系列研究｡以硅酸盐水泥为原材料制备了固井导热水泥材料,以G级油井水泥为原材料与石墨混合制备导热水泥材料等｡普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料,5%~20%的混合材料及适量的石膏混合而成｡G级油井水泥与普通硅酸盐水泥的根本区别在于:油井水泥具有严格的化学成分和矿物成分,由硅酸盐水泥熟料和适量的石膏混合而成｡针对这两种常用固井水泥的性能,国家相关学者研究分析出高温条件下,两种固井水泥的流动性与水灰比成正比关系;由于水分的蒸发,两种水泥的凝结时间都显著减少;高温下养护3d,两种固井水泥的抗压强度也受到很大影响,但是G级油井水泥下降幅度小,较为稳定｡除此之外,G级油井水泥还具有较好的抗硫酸盐腐蚀作用,于是选用较为稳定的G级油井水泥作为固井原材料,研究人员更容易筛选出高导热固井水泥材料｡2.2外加剂选择为了弥补固井水泥在高温条件下性能的减弱,于是研究者向固井水泥中混合了外加剂,从而来调整固井水泥的性能｡常用的外加剂分为降失水剂､缓凝剂､早强剂､减水剂､分散剂等等｡因此,选用合适的外加剂,对于提升固井水泥性能是非常重要的｡(1)降失水剂用于固井水泥中时,减少水泥浆滤失量,有效控制固井水泥的流动性和稠化时间,工程中使用最多的降失水剂主要是以AMPS和AM为主要单体的共聚物｡(2)油井水泥稳定剂是一种以多种氢氧化物为主辅以适量抗高温纤维组成的固体粉末,稳定剂的加入能防止水泥长期经受高温后抗压强度的衰退,但其加量越大水泥流动性就越差,因此需要控制加入稳定剂的用量｡(3)在地热钻采深度为1800m以上时,为了防止水泥浆凝结过快,需要向固井水泥中加入缓凝剂｡缓凝剂通常为羟基羧酸类､有机膦酸类以及木质素磺酸盐类,然而常用的聚合物缓凝剂在高温､强碱易发生降解,经研究如果通过聚合反应将含有多种官能团的单体聚合在一起,可以使缓凝剂具有更好的抗温性能｡3水泥浆性能对固井质量的影响3.1水泥浆初稠水泥浆初稠对顶替流态有很大的影响,可影响顶替效率和固井质量｡当水泥浆初稠较小时,则可能降低顶替效率;当水泥浆初稠较大时,流动度较低,导致部分环空返速达不到要求,从而影响固井质量的提高｡水泥浆的初稠在5~10BC时的固井质量较高｡因此,设计水泥浆初稠在一定的范围内可以提高固井质量｡3.2水泥浆稠化过渡时间水泥浆的稠化过渡时间是水泥浆防窜系数的核心指标之一,稠化过渡时间越短,防窜效果越好｡这是因为稠化过渡时间缩短后,减少了地层流体窜入井内的时间,有效地防止窜流的发生,从而提高固井质量｡水泥浆领浆和尾浆稠化过渡时间的影响如表1所示｡由表1可知,水泥浆领浆和尾浆稠化过渡时间少于20min时,其第一､第二界面的固井优质率和总合格率都相对较高｡因此,应尽量使水泥浆的稠化过渡时间控制在20min以内｡表1水泥浆领浆和尾浆稠化过渡时间的影响3.3水泥浆领浆和尾浆稠化时间差值水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差值主要影响着水泥浆的防窜效果,差值不宜过小也不宜过大｡当水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差偏小时,使领浆的缓凝效果减弱,地层流体有可能在领浆开始失重并且尾浆胶凝强度未达到240Pa时进入井内,导致窜流发生;当水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差偏大时,领浆的过度缓凝可能会影响尾浆的凝固效果,导致窜流发生,从而使得固井质量降低｡水泥浆领浆和尾浆稠化时间差的影响如表2所示｡由表2可知,水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差值介于40~60min时,其第一､第二界面的固井优质率和总合格率都相对较高｡因此,应该使水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差控制在40~60min以内｡表2水泥浆领浆和尾浆稠化时间差的影响3.4水泥浆性能系数SPN值PN值是水泥浆防窜系数的指标之一,SPN值小于3时,表示防窜效果好;SPN介于3~6之间时,表示防窜效果中等;SPN大于6时,表示水泥浆防窜效果差｡水泥浆领浆的SPN值的影响如表3所示｡由表3可知,水泥浆领浆的SPN值小于3时,固井质量优质率较高;水泥浆尾浆的SPN值小于6时,固井质量优质率较高｡因此,在用SPN设计水泥浆的防窜性能时,注意分别考虑领尾浆的防窜特性｡表3水泥浆领浆的SPN值的影响4结论水泥浆结构使用领浆和尾浆比用单一结构的固井质量要高,且当领尾浆的长度比大于1.5和领尾浆的稠化时间差为40~60min时,有利于提高固井质量｡水泥浆领浆和尾浆的稠化过渡时间少于20min时,有利于提高固井质量｡如果用水泥浆性能系数SPN评价水泥浆的防气窜能力,则领浆的SPN值小于3及尾浆的SPN值小于6时,有利于保证固井质量｡参考文献:[1]刁胜贤,张丽哲,任知维,等.粉煤灰水泥浆体系研究与应用[J].石油钻探技术,2002,30(5):39-41.[2]叶志富.固井质量影响因素及对策[J].天然气技术,2008(3):27-29,79.[3]曾庆真.海拉尔盆地苏德尔构造带固井质量的影响因素及对策[J].内蒙古石油化工,2005(7):121.。

2019年第4期西部探矿工程55大庆地区常用油井水泥性能对比分析及应用肖雷”(大庆钻探钻技一公司，黑龙江大庆163358)摘要:大庆地区钻井区块点多面广、地层环境复杂，年钻井数量多，井深范围变化大，从几百米的浅层气井到1()0()多米的喇萨杏主力油层调整井、到最深6()0()多米的深层气井；地温梯度分布不一致，西部斜坡、深层高达4七/l()()m以上；固井使用的油井水泥数量大、种类和供货厂家多为了深入了解在用各种水泥的性能特点，根据不同井况合理选择使用各厂家提供的油井水泥，选取了通常使用的几类典型的油井水泥，并对其物理、化学性能及硬化后水泥石的显微结构进行了实验分析，为现场施工中选择配制不同类型的油井水泥提供依据.关键词:油井水泥；性能分析；应用中图分类号:TE256文献标识码：A文章编号:1004-5716(2(119)04-0055-05油井水泥作为油井气井固井的重要原材料.其自身性能的变化对于固井质量影响具有决定性的作用，GB10238-2005《油井水泥》把油井水泥分为A、B、C、D、E、F、G、H八个级别(此外还根据水泥抗硫酸盐的能力进一步分为普通型、中抗硫酸盐型、高抗硫酸盐型).各种水泥适用的井况不同G级油井水泥是国内各油田固井施丁应用最为普遍的一种固井材料，虽然API 标准限定其适用深度为0〜2240m,温度为0°C~93°C,但与相关外加剂一起使用，适用井深和温度范围进一步增大;其次是A级油井水泥，在浅层固井作业中应用较广。

我国大庆、吉林、辽宁等油田因所处松辽盆地地质构造相似性.主力油田油层埋藏浅，储量丰富.钻井数目多.对油井水泥需求量大,油井水泥供应厂家多元化.一般地产的A级油井水泥或G级油井水泥为首选；对于中深探井和深层气井等疑难条件固井，则通常使用国内外知名厂家G级水泥或特种水泥实际上，不同水泥厂家因其采用矿山材料、设备条件、人员状况等各异，生产的油井水泥的物理化学性能也不尽相同.尽管都能满足API标准，但对于不同的地质环境，应用效果有一定的差别。

抗高温高密度固井水泥浆体系研究摘要：随着深层以及超深层油气开发的进行，钻遇高温高压地层的油气井越来越多。

与常规油气井相比，高温高压油气井在固井作业方面对水泥浆要求更高。

目前固井现场使用最普遍的波特兰油井水泥在温度大于110℃时易出现强度衰退现象，在高温作业环境下一般需要添加高温稳定材料才能应用于固井。

常用的水泥浆添加剂材料，如缓凝剂、降失水剂，极易受到温度的影响出现稠化反转或者作用失效的情况。

此外，高温高压固井作业通常需要较高密度的水泥浆体系才能更好地压稳地层，以满足固井作业的要求。

因此，针对高温高压油气井固井作业，需要研究一系列固井材料，才能构建性能优异的水泥浆体系用于固井施工。

本文对抗高温高密度固井水泥浆体系进行分析，以供参考。

关键词：高温；高密度；水泥浆；固井引言深井越来越多地遇到深页岩气井、深位移气井等炎热复杂的环境。

复杂而敏感的油井不仅温度高，而且具有相对复杂的施工方法，对水泥石性能要求更高。

对于填缝施工系统，硅盐水在高温下的强度略有下降。

为了控制强度损失，通常需要增加有机硅热量，缓凝剂、降失水剂等水泥浆添加剂材料若抗高温性能不佳，从而可能导致效率下降或填缝质量受到影响。

对于复杂的地层来说，如果水泥不够灵活，可能导致进一步加工井产生的底部应力导致水泥石损坏，从而导致水泥石封隔失效。

1概述钻井过程中的情况越复杂，地温和地压的变化也越大。

一般类型的油压机和添加剂已不足以满足热井的性能要求。

在高温下，常规类型的固井水泥浆会在高温条件下更快的衰减强度。

高温下，井下的水泥环甚至可能断裂，导致机械性能完全丧失，造成塌方。

与此同时，高温下水泥的速度正在迅速提高，填缝质量的提高速度将过快。

在这种情况下，此时需要再添加高温缓凝剂以便使增稠时间合理，确保施工安全。

高温环境也可能严重影响填缝质量、损耗等的性能，需要研究可在高温环境中使用的其他材料。

此外，高温降通常需要较高密度的凹槽，而当今密集的凹槽质量系统通常具有粘度高、现场混合困难、稳定性低、性能调节困难和压力强度低等缺点。

实验12 油井水泥浆基本性能测定一、实验目的密度、流动度、滤失量、流变性称为油井水泥浆的基本性能。

通过本次实验，主要让同学们了解油井水泥浆基本性能的测定方法，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产生一定的印象。

本实验包括以下内容：油井水泥浆密度的测定；油井水泥浆流动度的测定；油井水泥浆滤失量的测定；油井水泥浆流变性能的测定。

二、实验仪器设备水泥浆密度计，水泥浆流动度仪，油水泥浆滤失量测定仪，旋转粘度计，高速搅拌器，天平、秒表等。

三、实验步骤1．水泥浆的配制方法：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。

当水灰比过小时，水泥浆难以搅拌和泵送，在环空流动将产生较高的摩擦阻力。

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。

(1)按实验时要求的水灰比计算水泥和水的重量（如水灰比为0.5）(2)在台秤或天平上称取1400克水泥，用量筒量取相应的水量700克；(3)若使用外加剂，则将称好的外加剂放入水中并搅拌；(4)将量出的水倒入搅拌器的杯内，启动搅拌机，调节转数为4000r/min。

将称出的干水泥在15秒内加入水中。

然后调节搅拌机转数为12000r/min，继续搅拌35秒；(5)将搅拌后的水泥浆倒入常压稠度仪的浆杯内，在室温下搅拌20分钟即成（速度150r/min）。

2．测定水泥浆密度由于地层的承压能力不同，在施工中必须控制水泥浆密度。

正常密度在 1.78-1.98克／厘米3范围内。

（使用加压液体密度计测量较好）。

(1) 测定前，标定密度计。

将密度计浆杯中盛满水，盖好杯盖，擦净溢出的水，然后将其放在刀架上；(2) 移动游码至1.0处。

这时秤臂应呈水平状态；如不准确应进行调整；(3) 标定之后将水泥浆倒入密度计内，盖好杯盖后擦去溢出的水泥浆。

放置于刀架上并调整游码，使秤臂呈水平状态。