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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。
实验4 水泥浆稠化时间实验油井水泥在一定温度与压力条件下，从混拌开始至水泥浆稠度达到100个稠度单位（Bc-伯登）时所需要的时间，称为水泥的稠化时间。
它是模拟现场注水泥过程所得到的室内实验值。
即从混拌水泥浆开始计时，直至水泥浆沿套管到达井底、而后由环空返至预定的高度为止的全部时间。
在固井时，为了保证有绝对安全的泵入时间，避免“灌香肠”等事故，必须对便用的水泥浆进行稠化时间实验。
在施工设计中，常常把正常施工所需要的时间加上一小时，作为要求的室内稠化试验时间，以保证施工安全。
一、实验目的通过实验使学生了解水泥浆高温高压稠化仪的实验原理及具体操作方法，了解常用的油井水泥稠化性能与有关标准，充分认识稠化时间对完成固井的重要性。
二、实验原理稠化仪中有一带固定浆叶的可旋转的水泥浆杯。
浆杯由电机带动以150r/min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。
该阻力矩与电位计弹簧的扭矩相平衡，通过电位计把稠度信号传入三笔记录仪，最后在记录纸上记录出水泥浆的稠度、温度、压力随时间的变化曲线。
三、实验仪器设备8040型油井水泥浆高温高压稠化仪1．仪器结构简介：8040型油井水泥高温高压稠化仪主要由压力缸、加热器、电机、增压泵、温度控制仪、压力控制仪、三笔记录仪、不锈钢箱体等组成。
该稠化仪的最大工作温度350℃，最大工作压力276Mpa。
压力缸设有外冷却盘管，当工作温度较高时，实验结束后可用外冷却盘管冷却，压力缸内部的温度用一个额定功率为4000瓦、电压为240伏的的加热器来获得。
压力缸外设有保温层。
温度控制仪和压力控制仪可分别控制压力缸的温度及压力。
精密压力表上配有安全装置，当压力下降到低设定值以下或升高到高设定值以上，仪器的电源会全部断开。
除此之外，高压管线上还装有带破裂膜片的安全总成，破裂膜片的额定压力为310Mpa，它可作为附加过压保护装置。
7015型三笔记录仪与仪器相连，可同时记录压力缸温度、压力和浆杯里的水泥浆稠度随时间的变化曲线。
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（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 ⋅。
nk τγ=⋅ yp ττμγ=+⋅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。
Petroleum and natural gas industries—Cements and materials for wellcementing—Part 6:Methods for determining the static gel strength of cement formulations石油和天然气工业固井用水泥和材料第6部分：水泥浆静胶凝强度测试方法译文目次前言................................................................ 错误！未定义书签。
引言 (I)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语与定义 (1)4 取样 (2)5 制备 (2)6 使用旋转型静胶凝强度测试仪的试验方法 (2)7 使用超声波静胶凝强度测试仪的试验方法 (3)8 使用间歇式旋转型静胶凝强度测试仪的试验方法 (5)附录 A （资料性附录）临界静胶凝强度——附加说明 (1)参考文献............................................................................................................................ 错误！未定义书签。
引言在特殊固井作业中，静胶凝强度SGS是一个非常重要的设计参数。
特殊固井作业包括：浅水层固井作业、打水泥塞作业以及某些特殊情况下作业。
作业者为了满足特殊的固井设计需要，确定了水泥浆的胶凝强度特性。
最早使用旋转粘度计测试水泥浆静胶凝强度SGS。
目前使用旋转型静胶凝强度测试仪、间歇式旋转型静胶凝强度测试仪以及超声波静胶凝强度测试仪等专门仪器进行测试。
ISO 10426的本部分提供了使用这三种类型的仪器进行静胶凝强度SGS测试的协议。
值得注意的是由于样品量、仪器结构、SGS测试方法的不同，造成ISO10426本部分提供的三种测试仪，所测试的试验结果存在相当大的差异。
2020年10月第36卷第10期石油工业技术监督TechnologySupervisioninPetroleumIndustry Oct.2020Vol.36No.102021年5月第37卷第5期Technology Supervision in Petroleum IndustryMay.2021Vol.37No.5作者简介：宋鹤（1987—），男，硕士，工程师，现从事固井油化剂检测工作。
高氯型促凝剂与低氯型促凝剂对G 级油井水泥浆性能影响的研究宋鹤1，刘洋2，杨威1，唐俊峰1，刘翠微1，安耀彬1，吕伟1，宋有胜31.中国石油集团工程技术研究有限公司（天津300451)2.中海油天津化工研究设计院有限公司（天津300131）3.中国石油集团钻井工程研究有限公司（天津300451）摘要依据SY/T 5504.4—2019《油井水泥外加剂评价方法第4部分：促凝剂》，探讨了目前国内油化剂生产企业所生产的高氯型促凝剂与低氯型促凝剂对G 级油井水泥浆性能的影响。
结果表明：高氯型促凝剂对于缩短水泥浆稠化时间和提高水泥石早期抗压强度的作用明显优于低氯型促凝剂，掺入高氯型促凝剂的水泥浆与水泥净浆的稠化时间之比最大值为0.54，最小值为0.36，平均范围在0.43；掺入低氯型促凝剂的水泥浆稠化时间之比最大值为0.77，最小值为0.41，平均范围在0.59；掺入高氯型促凝剂的水泥石6h 早期抗压强度增长率最高为169.87%，最低为43.75%；掺入低氯型促凝剂的水泥石6h 抗压强度增长率最高为33.33%，最低为0。
高氯型促凝剂对水泥浆稠化时间的影响和水泥石6h 早期强度的提高与其氯含量无明显的线性关系，呈分散趋势，低氯型促凝剂对水泥浆稠化时间的影响和水泥石6h 早期强度的提高与其氯含量呈正比。
二者对水泥石24h 抗压强度的影响没有明显的区别。
关键词高氯型促凝剂；低氯型促凝剂；氯含量；稠化时间；抗压强度Effects of High Chlorine and Low Chlorine Coagulation Accelerators on Propertiesof G-class Oil Well Cement SlurrySong He 1,Liu Yang 2,Yang Wei 1,Tang Junfeng 1,Liu Cuiwei 1,An Yaobin 1,Lv Wei 1,Song Yousheng 31.Engineering Technology Research Co.,Ltd.,CNPC (Tianjin 300451,China)2.Tianjin Research and Design Institute of Chemical Industry Co.,Ltd.,CNOOC (Tianjin 300131,China)3.Drilling Engineering Research Co.,Ltd.,CNPC (Tianjin 300451,China)Abstract The influences of high-chlorine and low-chlorine coagulation accelerators produced by domestic manufacturers of chemical agents for oil production on the performance of grade G oil well cement slurry are discussed according to SY/T 5504.4—2019“Evalua⁃tion Method for Oil Well Cement Additives —Part 4:Coagulation Accelerators ”.The results show that the effect of high-chlorine coagu⁃lation accelerators on shortening the thickening time of cement slurry and improving the early compressive strength of cement paste is obviously better than that of low-chlorine coagulation accelerators.The maximum ratio value of the thickening time of the cement slur⁃ry mixed with high chlorine coagulation accelerators to the thickening time of the cement slurry is 0.54,the minimum ratio value is 0.36,the average ratio value is 0.43;The maximum ratio value of the thickening time of the cement slurry mixed with low chlorine coag⁃ulation accelerators to the thickening time of the cement slurry is 0.77,the minimum ratio value is 0.41,the average ratio value is 0.59.The maximum value of the increase of 6h early compressive strength of the cement paste added with high-chlorine coagulation acceler⁃ators is 169.87%,and the minimum value is 43.75%;The maximum value of the increase of 6h early compressive strength of the ce⁃ment paste added with low-chlorine coagulation accelerators is 33.33%,and the minimum value is 0.The effects of high-chlorine coag⁃ulation accelerators on the thickening time of cement slurry and the increase of 6h early compressive strength of cement paste have no obvious linear relationship with their chlorine content,showing a dispersive trend.The effect of low-chlorine coagulation accelerators on the thickening time of cement slurry and the increase of 6h early compressive strength of cement paste are positively proportional to their chlorine content.The effects of high-chlorine coagulation accelerators and low-chlorine coagulation accelerators on the 24h com⁃pressive strength of cement paste are of no obvious difference.Key words high chlorine coagulation accelerator;low chlorine coagulation accelerator;chlorine content;thickening time;compressive strength宋鹤,刘洋,杨威,等.高氯型促凝剂与低氯型促凝剂对G 级油井水泥浆性能的影响[J].石油工业技术监督,2021,37(5):14-19.Song He,Liu Yang,Yang Wei,et al.Effects of high chlorine and low chlorine coagulation accelerators on properties of G-class oil well cement slurry[J].Technology Supervision in Petroleum Industry,2021,37(5):14-19.促凝剂作为油井水泥用外加剂，适用于低温浅井，其作用是把水泥浆顶替到相应位置，使之很快的发展到足够的抗压强度，进而缩短继续钻井的候凝时间[1]。
中国石油大学（ ）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d =pv ττμγ+（2）幂律模式n k τγ=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、数据处理1、水泥浆配方水泥浆的流变性能: 水泥400g+水灰比0.56水泥浆的稠化时间：水泥500g+氯化钙3%+水灰比0.562、水泥浆密度实验的温度及压力条件： 室温，0.1MPa 水泥浆密度：1.70g/cm33、水泥浆的流变性能实验的温度及压力条件： 室温，0.1MPa200100300100()/()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。
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=+⋅
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.数据处理
（1）水泥浆配方
水泥浆的流变性能和密度: 水泥400g+水灰比0.56
水泥浆的稠化时间：水泥500g +氯化钙3%+水灰比0.56
（2）水泥浆密度
水泥浆密度：1.75g/cm3
（3）水泥浆的流变性能
水泥浆的流变参数：
实验的温度及压力条件：24℃ 0.101MPa
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 ηθτθθη511
511.0)(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：
表2 粘度计读数
=(63-48)/(82-48)=0.44
所以，该水泥浆为幂律模式
n=2.092lg(ø300/ø100)=0.487 k=0.511* ø300/511n =2.01
γ=ρ
*g =1.75*9.8=17.15 τ=k* γn =2.01*17.150.487=8.02
（4）测定水泥浆的稠化时间
实验的温度及压力条件：60℃ 0.101MPa
做时间-稠度图：
由上图知前40泥浆稠度变化较小，40后，泥浆的稠度开始线性变化, 并且稠度呈现出指数型增长的趋势。
可能是温度达不到要求，时间变长，仪器由于老化有误差。
六 思考题
1、结合实验中的油井水泥浆性能参数的测量结果，查阅相关文献资料，了解现场固井所用的水泥浆的密度，流变性能和稠化时间等参数的变化范围。
答：固井水泥浆密度一般应比同井使用的钻井液密度高0.24g/cm3以上。
漏失井和异常高压井应根据地层破裂压力和平衡压力原则设计水泥浆密度。
200100300100()/()
F θθθθ=--
固井水泥浆的稠化时间一般应为施工总时间附加1～2h。
尾管固井的水泥浆稠化时间至少应为配浆开始至提出（或倒开）中心管并将多余水泥浆冲洗至地面的总时间附加1～2h；分级固井的一级水泥浆稠化时间至少应为从配浆开始至打开循环孔并将多余水泥浆冲洗至地面的总时间附加1～2h。
水泥浆流变性能应满足固井施工需要。
2、除实验中所选用的两种流变模式外，调研现场所用的其他流变模式并对比分析各流变模式的优缺点，试结合资料推导流变参数的计算公式。
答：卡森、赫-巴及四参数模式。
四参数流变模式在各水泥浆体系不同剪切速率下的计算值与实测值的残差平方和的均值都小于1.1,一般在0.2左右,最小达到了0.04,其残差平方和均值之和2.81,远小于宾汉、幂律、卡森和赫-巴模式。
验证结果表明,四参数流变模式在各水泥浆体系不同剪切速率下的计算值与实测值的残差平方和的均值都最小,拟合最为精确,能在全剪切速率范围内精确描述水泥浆的流变性,适用于各种水泥浆体系,其顶替模型适用于各类井型。
四参数模式实际上是宾汉模式与幂律模式的叠加，其表达式为：
τ＝τ０＋ａγ＋ｂγｎ（γ＞０）（１）
τ＝－τ０＋ａγ－ｂ（－γ）ｎ（γ＜０）（２）
为屈服应力，Ｐａ；ａ为黏度，Ｐａ·ｓ；ｂ为式中：τ为切应力，Ｐａ；τ
０
稠度系数，Ｐａ·ｓｎ；ｎ为流性指数；γ为剪切速率，ｓ－１。
3、查阅1-2篇油井水泥浆研制及应用方面的文献，理解水泥浆体系的研制方法和过程，比较不同类型水泥浆所评价的性能参数的差异。
答：根据大庆油田钻井研究所提出的防气窜机理与控制方法,研制开发了FSAM 非渗透防窜体系。
FSAM防窜体系由非渗透降失水剂FSAM、助剂FSAM-L、分散缓凝剂FSAM-R和早强剂组成。
室内试验表明,该体系具有低失水量(小于50 mL)、高早期强度(6 h强度超过3.5 MPa.8 h强度达到10 MPa)、良好的流变性与短稠化过渡时间(48 Pa到240 Pa的过渡时间在20 min以内)等特点,不仅适用于常规密度水泥浆体系,也适用于低密度水泥浆体系。
选用"WWJF 8020"型聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA乳胶粉)以及"05-88"型聚乙烯醇(PVA)对水泥净浆进行改性,并与普通水泥净浆(OPC)进行对比。
结果显示,两种水性聚合物的添加对水泥试样抗折强度均有改善,而PVA则更加显著;在聚合物浆体中的晶体更好地填充了水泥石中的孔洞及裂纹,以改善其微结构;同时,EVA与水化产物发生反应,且反应生成的乙酸盐又促进了水泥水化;PVA的加入则增加了C-S-H的聚合度;对于不同龄期聚合物水泥试样的水化进程,EVA及PVA有不同程度的影响。
4、以下不同的水泥浆稠化曲线，哪种所代表的水泥浆防气窜性能较好，为什么？
①②
③
时间
答：水泥浆的调成之后，随着水化反应的进行，水泥浆变稠，流动性变差。
在注水泥时用泵注入及顶底过程中，可能会出现水泥浆流动越来越困难，直到不能被泵入，此时，虽然还没有达到水泥的凝固，但已无法用泵注入基顶替了。
所以，对于施工周期长的深井注水泥，就应当有较长的水泥稠化时间为保证。
因此，③的泥浆性能好一些。
七、总结
通过本次试验，我握了油井水泥浆的制备方法 ;掌握了测定水泥浆密度、流变性能和稠化时间的原理、实验操作流程及步骤。
对水泥浆的性能有了更加深刻的认识。
