油井水泥浆设计

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。

第一章总论影响注水泥顶替效率的主要影响因素：套管居中、紊流顶替、合理的隔离液与冲洗液的性能及用量、紊流接触时间、活动套管、水泥浆与钻井液流变性能的合理匹配、增加水泥浆与钻井液的密度差、降低钻井液的触变性及滤失性能等。

通常下需要控制紊流触变时间不小于8-10min。

油、气、水窜的主要因素：水泥浆凝结过程中浆柱压力的降低；水泥浆失重：由于水泥浆胶凝、体积收缩及桥堵引起。

钻井液和水泥浆流变模型：更符合带静切力的三参数幂律模型，包括赫谢尔—巴尔克莱（H-B）流变模型和罗伯逊-斯蒂夫（R-S）流变模型。

水泥浆滤失性：水泥浆的失水量比钻井液的滤失量大数十倍，一般可达到500-2000ml/30min(7MPa)，但对于储层油层和气层固井时水泥浆失水量分别控制在200ml/300min(7MPa)和50-100ml/300min(7MPa)。

通常下水泥浆滤液污染深度一般不超过5cm，渗透率下降率在10%左右。

微硅的化学组成为: SiO2 92.46%; Al2O30.29%; Fe2O3 0.88%; CaO 1.78%; MgO 0.3%; P2O5 1.77%。

第二章油井水泥硅酸盐水泥（波兰特水泥）主要成分：氧化钙（CaO）、二氧化硅（SiO2）、三氧化铝（Al2O3）和三氧化二铁（Fe2O3）水灰比对水化速度影响：通常下水灰比均限制在0.4-0.7范围，在允许的条件下尽可能降低水灰比。

常用的G级水泥试验时的水灰比为0.44.在高于350℃的热采井、地热井中，采用加硅粉的技术已不适用，而需应用高铝水泥代替。

水化反应的主要阶段为：调凝期、凝固期、硬化期。

矿渣G级水泥混合物（硅酸盐水泥和高炉矿渣混合物）第三章油井水泥浆与水泥石性能密度：水泥浆密度须满足注水泥全过程浆柱压力与地层压力的平衡关系，即水泥浆柱所产生的静液柱压力和流动阻力须大于或等于地层流体压力，同时小于地层破裂压力或漏失压力。

在设计水泥浆密度时，要求水泥浆密度略大于钻井液密度。

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．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、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。

yp ττμγ=+⋅ nk τγ=⋅n -幂律系数, 无量纲量； k-稠度系数，n Pa S ⋅。

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。

高温高压固井防气窜水泥浆设计罗宇维等中海技服固井公司2000年10月高温高压固井防气窜水泥浆设计罗宇维张光超刘云华黄卫东张行云(中海石油技术服务湛江分公司固井)摘要性能优良的水泥浆是保证固井质量的关键因素。

众所周知，水泥环空气体窜槽对油气田开发将造成非常严重的后果：产能降低、套管腐蚀、地下水污染、注水开采工艺受限等等。

而一旦发生气窜，即使花费大量的人力、物力和时间来挤水泥，也很难修复到不发生气窜时应有的封固状态。

因此，优选有效的防气窜水泥浆设计就显得十分重要，对于HTHP 高温高压固井尤其如此。

水泥环气窜是一个极其复杂的物理、化学现象。

尽管无数的国内外专家对气窜的形成原因和预防措施进行了大量的研究，但是气窜问题仍远未解决，层间窜流现象仍时常发生。

本文将力图用“通道”的观点来解析气窜现象，提出一套综合的适用于高温高压固井的防气窜水泥浆设计的方法。

关键词失水失重通道通道流动阻力环空有效液柱压力晶格膨胀一、高温高压的定义海洋石油钻井准则，高温高压油气井具有以下特点：●预计或实测井底温度BHST大于150℃；●井底压力大于69Mpa(10000Psi)；●或地层孔隙压力梯度大于1.80g/mL。

二、气窜形成的原因1〕气窜的方式气窜通常有如下三种方式：●气体通过残留在环空中的泥浆通道运移；●气体通过微环空通道窜移；●气体通过胶凝水泥浆的孔隙通道移动。

2〕气窜形成的原因气窜形成必须具备两个基本条件：一是要有通道，二是地层压力大于环空有效液柱压力与通道流动阻力之和。

地层气体总是首先在水泥环通道阻力最小的地方进入，然后不断扩大通道，不断挺进。

高温高压防气窜水泥浆设计 2A 、通道水泥环在凝结硬化过程中，通道是如何产生的呢？据有关研究成果表明，通道的形成原因主要有：（1） 泥浆顶替效率低，固井时部分泥浆残留在环空中。

当水泥浆处在液相状态时，环空没有气窜通道。

但是，当水泥浆水化自出现网架结构的时刻起，泥浆开始脱水收缩，产生裂缝，形成通道。

固井水泥浆配方
固井水泥浆配方是指在油井、天然气井等钻探完毕后，将钢管
（套管）放入井中，并用水泥浆对井壁和套管间的空间进行加固，以
固定井口和防止钻井液泄漏。

配方包括水泥种类、混合物浓度、稠化剂、增稠剂等成分的比例和制作步骤。

水泥种类是固井水泥浆配方中最关键的成分之一，常用的水泥种
类有普通硅酸盐水泥、耐磨水泥、陶瓷水泥等，选择合适的水泥种类
可以根据地质环境、井眼深度、温度等因素来确定。

混合物浓度是指在制作固井水泥浆时，水泥与水掺和的比例，该
比例的确定同样要看具体的地质环境和井深等因素。

稠化剂是用来控制水泥浆的流动性和速度，常用的稠化剂有磨料、硅酸钠、亚胺铁等。

增稠剂则是用来增加水泥浆的黏度和保持其流动性，常用的增稠
剂有纤维素、稻壳灰、蛋白胶、碱性磷酸盐等。

综上所述，固井水泥浆配方的制定是根据具体需要来进行的，需
要考虑地质状况、井深、温度等因素，并进行合理配置，以达到强度、可靠性和经济效益的平衡点。

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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。

固井水泥浆配方固井水泥浆是一种常用于油井固井工程中的材料，其作用是在油井钻井完毕后，填充钻井孔隙，加固井壁，确保井壁的完整性和稳定性。

固井水泥浆的配方对于固井工程的成功至关重要。

本文将从固井水泥浆的组成、配方原则和常用配方三个方面进行阐述。

一、固井水泥浆的组成固井水泥浆通常由水泥、混凝土添加剂和水组成。

水泥是固井水泥浆的主要成分，常用的水泥有硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、高铝酸盐水泥等。

混凝土添加剂主要包括减水剂、增稠剂、增强剂等，用于改变固井水泥浆的流动性、粘度和强度。

二、固井水泥浆的配方原则1.适应地层条件：根据油井的地层条件，选择合适的水泥种类和添加剂。

例如，在高温井中，应选用耐高温水泥；在酸性井中，应选用耐酸水泥。

2.保证井壁完整性：固井水泥浆应具有良好的流动性和可泵性，以确保在注入过程中能够充分填充钻井孔隙，并与井壁形成紧密的结合。

3.提高固井质量：固井水泥浆应具有足够的强度和稳定性，能够抵抗井压、井温和井液等外部环境的影响，确保井壁的长期稳定。

三、常用固井水泥浆配方1.基础配方：硅酸盐水泥、水和适量的混凝土添加剂。

这种配方适用于一般地层条件，具有良好的流动性和可泵性。

2.耐高温配方：高铝酸盐水泥、水和耐高温混凝土添加剂。

这种配方适用于高温油井，能够保持固井水泥浆的强度和稳定性。

3.耐酸配方：硫铝酸盐水泥、水和耐酸混凝土添加剂。

这种配方适用于酸性油井，能够抵抗酸性环境的侵蚀，保持固井水泥浆的完整性。

四、总结固井水泥浆配方是油井固井工程中的关键环节，正确的配方能够保证固井工程的顺利进行和井壁的长期稳定。

在配方过程中，需要根据地层条件、井温、井压等因素选择合适的水泥种类和添加剂，并确保固井水泥浆具有良好的流动性、可泵性、强度和稳定性。

只有在配方合理的情况下，固井工程才能达到预期的效果。

通过以上的介绍，我们可以看出固井水泥浆的配方是一个复杂而关键的过程。

在实际的固井工程中，需要根据具体情况进行调整和优化。

油井水泥浆密度配比表
在油井施工中，水泥浆是一种非常重要的材料，它被用于封隔井眼、固定套管以及提高井壁稳定性。

水泥浆的密度是一个至关重要的参数，它需要根据具体的井深、井眼直径、地层压力等因素来进行配比。

下面将介绍一些常见的油井水泥浆密度配比表，以供参考。

1. 低密度水泥浆配比表
井深（米）密度（g/cm³）
0-100 1.8-2.0
100-500 1.9-2.1
500-1000 2.0-2.2
2. 中密度水泥浆配比表
井深（米）密度（g/cm³）
0-100 2.1-2.3
100-500 2.2-2.4
500-1000 2.3-2.5
3. 高密度水泥浆配比表
井深（米）密度（g/cm³）
0-100 2.4-2.6
100-500 2.5-2.7
500-1000 2.6-2.8
根据以上的配比表，可以看出随着井深的增加，水泥浆的密度也会相应增加。

这是因为随着井深的增加，地层压力也会增加，为了保证水泥浆能够有效的封隔井眼，需要增加水泥浆的密度。

同时，不同的井眼直径、地层性质以及施工环境等因素也会对水泥浆密度的选择产生影响。

除了密度之外，水泥浆的流变性能也是需要考虑的重要因素。

过低或过高的流变性能都会对施工过程造成影响，因此在配比水泥浆时需要综合考虑密度和流变性能两方面的因素。

在实际施工中，需要根据具体的情况来进行水泥浆密度的选择和配比。

在进行配比时，需要严格按照配比表中的参数来进行，确保水泥浆的质量和性能符合要求。

同时，在施工过程中也需要不断监测水泥浆的密度和流变性能，及时调整配比，以确保施工的顺利进行。

油井挤水泥施工作业技术分析与应用油井挤水泥施工是油田开发中的重要环节，它是保证油井完整性和安全生产的关键工序。

水泥工艺在油田开发中应用广泛，涉及到不同类型油井的水泥浆设计、封隔、固井和后处理等环节。

本文将对油井挤水泥施工作业技术进行分析，并探讨其应用。

1.水泥浆设计：水泥浆设计是水泥工艺中最基础的环节，其目的是根据油井的地质条件和井筒特性，设计出适合的水泥浆配方。

在设计过程中，需要考虑到水泥浆的流变性、密度、固化时间等因素，以及添加剂的选择和控制。

合理的水泥浆设计能够保证水泥在井筒中形成坚固的固结体，并且与井壁、套管等井筒设备紧密结合。

2.封隔：封隔是指将水泥浆注入到井筒中，填充空隙并将井筒分割成不同的部分。

封隔的目的是避免地层间的流体交汇，减少油井的压力泄漏和溢流风险。

封隔在油井中的位置和数量根据实际情况进行确定，通常包括水泥环、套管鞋、防止井喷装置等。

3.固井：固井是将水泥浆注入到套管与井壁之间的空间，并固化形成坚固的固结体。

固井的目的是保证井筒完整性、油气层与地层的隔离、防止套管失稳和油井环境污染等。

在固井过程中，需要控制注入速度、压力和循环规律，以确保水泥浆均匀分布、顺利固化。

4.后处理：后处理是指固井施工后的操作，包括封井帽安装、水泥浆固结和质量检验等。

后处理的目的是确保固井质量合格，预防可能的漏失和环境污染。

在后处理过程中，需要进行水泥浆固结时间的监测，并进行验收合格并安全封井。

1.油井完整性保障：油井挤水泥施工是保证油井完整性和安全生产的关键工序。

水泥的固定和封隔作用可以有效防止地层间的流体交汇和压力泄漏，保持油井的稳定和正常投产。

通过合理的水泥浆设计和施工操作，可以确保油井的完整性，减少安全事故和环境污染风险。

2.油井修井和增产：油井挤水泥施工技术还可以用于油井的修井和增产。

修井通常包括套管加固、封水关井和更换井壁等操作，而增产则包括井眼扩大、套管腐蚀防护和井间分水等措施。

水泥工艺可以在修井和增产过程中提供稳定的井筒环境，并防止生产操作中的井喷和环境污染。

油田水泥封堵方案1. 简介油田水泥封堵是一种常见的控制井眼透水及井壁塌陷的方法。

它是通过注入特定的水泥浆体，使其充填井眼和井壁中的空隙，形成一个密封层，从而达到防漏、防塌的目的。

本文将介绍油田水泥封堵的流程和步骤，并探讨一些常用的水泥封堵方案。

2. 水泥封堵流程油田水泥封堵主要包括以下几个步骤：2.1 准备工作在进行水泥封堵之前，需要先进行一系列的准备工作。

这包括检查井眼状况，确定需要封堵的位置和范围，清除井眼表面的污物和杂质，保证封堵过程的顺利进行。

2.2 选取水泥配方根据井眼的特点和封堵的要求，选择合适的水泥配方。

常见的水泥配方包括普通水泥、硅酸盐水泥和高强度水泥等。

在选择水泥配方时，需要考虑井眼温度、压力、地层特性等因素。

2.3 准备水泥浆体根据选取的水泥配方，按照一定的比例将水泥粉末和水混合，制备出水泥浆体。

水泥浆体应具有一定的流动性和可压实性，以便能够充分填充井眼和井壁中的空隙。

2.4 注入水泥浆体将准备好的水泥浆体注入井眼中。

注入时，应采取合适的注入速度和注入压力，以确保水泥浆体能够均匀地分布在井眼中，并与井壁形成良好的粘结。

2.5 封堵固化注入水泥浆体后，需要等待一定的时间，让水泥浆体充分固化，形成坚硬的封堵层。

固化时间一般根据水泥配方和井眼条件来确定，可在操作手册中查找相应的参考数据。

2.6 检验封堵效果等待固化时间过后，需要对封堵效果进行检验。

可以通过各种测量手段，如超声波检测、扫描电子显微镜观察等，来评估封堵层的质量和有效性。

如果封堵效果不理想，需要采取进一步的措施进行修复。

3. 常用的水泥封堵方案3.1 单级水泥封堵单级水泥封堵是指在井眼中注入一种水泥浆体，形成一个单一的封堵层。

这种方案适用于井眼中存在单一的透水层或塌陷层的情况。

单级水泥封堵具有操作简单、成本较低的优点，但对封堵层的质量要求较高。

3.2 多级水泥封堵多级水泥封堵是指在井眼中依次注入多种不同配方的水泥浆体，形成多层封堵层。

2)水泥返高设计深水固井设计中，水泥浆返高不能超过上层套管鞋，在水泥顶与上层套管之间留下一定长度的裸眼段。

这样做的原因在于深水的水下井口座挂后，套管环空完全被密封，其压力因为在水下而无法监测。

如果水泥浆返高超过上层套管鞋，那么在水泥石顶部与水下井口环空中的液体，在油井生产期间，可能会被产层流体加热而膨胀，由于液体的不可压缩性会造成套管破裂。

如果在水泥返至上层套管鞋以下，那么环空液体被加热膨胀时，流体可压裂进入地层，而消除了套管的膨胀变形，避免套管损坏的出现，从而降低了后期修井作业的可能性，如图4示意。

2.2 特殊工艺与技术(1) Allamon特殊套管工具由于特殊井身结构的存在，小间隙环空就不可避免地会出现。

深水钻井的安全作业窗口本来就很小，小间隙又必然导致压力异常增高，因此要保证固井作业的成功必须解决环空间隙小的问题。

Allamon等公司开发了一套用于下套管的特殊工具，来解决套管环空小间隙的问题，该工具与自动灌浆装置配合使用，可以降低因环空间隙小造成的压力激动，避免下套管过程中压漏薄弱地层(图5)。

下套管过程中，转换接头连接送放钻具和尾管悬挂器(或是套管悬挂器)，尾管或套管柱接自动灌浆的浮鞋、浮箍。

下套管过程中，不用停下灌浆，直接将管串送至设计位置，然后投球蹩压关闭旁通阀，之后座挂悬挂器、蹩球座、激活浮鞋与浮箍，按照常规作业方式进行循环泥浆，固井。

这样就避免了下套管过程中出现压力激动，缩短了下套管时间，也避免了泥浆中过多岩屑在下套管中形成卡堵。

(2)整体接箍在深水钻井中，上部地层常存在着1-2个浅层水层或气层，这些水层或气层由于压力梯度不同，而不得不分别下套管进行封固，因而在上部井眼必须采用较大尺寸的套管。

以墨西哥湾为例，由于地层情况复杂，上部地层甚至要采用36″+30″+26″+22″+18″+16″的套管结构。

大尺寸套管在井眼中的环空间隙较小，尤其是接箍处的间隙更小。

再加上地层破裂压力低，为防止下套管和固井中产生较高压力激动造成复杂情况，而不得不降低下放速度和循环排量。