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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.。
埕海地区防气窜固井技术王春才【摘要】水泥浆在凝结过程因失重而造成的气窜问题是影响固井质量的重要因素之一.油井一旦发生气窜,会造成巨大的经济损失,甚至造成重大井控事故.大港油田埕海区块地质情况复杂,温度高,压力大,油、气活跃,固井防气窜难度大.从埕海区块地质特点出发,分析了该区块油层套管气窜的原因,研究总结出一套适合埕海地区的油层套管防气窜综合固井技术,从而提高固井质量.【期刊名称】《天津科技》【年(卷),期】2018(045)001【总页数】4页(P74-76,80)【关键词】固井;防气窜;埕海;水泥浆【作者】王春才【作者单位】天津中油渤星工程科技有限公司天津300451【正文语种】中文【中图分类】TE251 埕海地区气窜风险分析埕海区块属于大港油田，为张东断层下降盘鼻状构造。
本区域目的层埋藏较深，在3,900～4,300,m左右，井底循环温度 90～110,℃，完井钻井液密度1.30～1.44,g/cm3，主力油层位于沙河街，油气异常活跃。
由潜气窜因子法(GFR)计算该区域的潜气窜因子，了解该地区的气窜危害程度。
水泥浆液柱压力损失(失重)与水泥浆静胶凝强度发展引起的关系为：式中，MPR为水泥浆静胶凝强度发展引起的压力损失，MPa；SGS为水泥浆静胶凝强度，MPa；L为环空水泥浆长度，m；Dh为井眼直径，mm；Dc为套管直径，mm。
水泥浆静胶凝强度达到 240,Pa时，水泥浆就有足够的强度阻止气窜，可能引起水泥浆气窜的最大压力损失为：水泥浆顶替到位后初始过平衡压力(OBR)为：式中，PST为初始静液柱压力，MPa；PG为气层压力，MPa；OBR为初始过平衡压力，MPa。
GFR值为 1～3，发生环空气窜的潜在危险程度为轻度，GFR值3～8为中等，GFR值大于8为严重。
埕海区块均采用 139.7,mm油层套管固井，分别将各井数据代入以上公式，可得该区域井位的 GFR，可见该区块各井均存在不同程度的气窜风险，如表1所示。
混凝土强度与渗透性能关系标准一、前言混凝土是建筑结构中常用的材料之一，它的强度和渗透性能是评估混凝土质量的两个重要指标。
混凝土的强度决定着它的承载能力，而渗透性能则影响着混凝土的耐久性和使用寿命。
因此，建立混凝土强度与渗透性能关系标准具有重要意义。
二、混凝土强度评估标准1. 抗压强度抗压强度是评估混凝土强度的基本指标之一，它表示混凝土在受压作用下的承载能力。
根据国际标准ISO 679:2009《混凝土、砖和石材试验方法》和中国标准GB/T 50081-2002《混凝土强度检验标准》的规定，混凝土的抗压强度应在28天龄期时进行测试，以获得最大抗压强度值。
2. 抗拉强度抗拉强度是评估混凝土强度的另一个指标，它表示混凝土在拉伸作用下的承载能力。
由于混凝土的抗拉强度较低，因此一般不作为混凝土强度评估的主要指标。
根据中国标准GB/T 50082-2009《混凝土抗拉强度检验标准》的规定，混凝土的抗拉强度应在28天龄期时进行测试。
3. 抗折强度抗折强度是评估混凝土强度的另一个指标，它表示混凝土在弯曲作用下的承载能力。
根据中国标准GB/T 50081-2002《混凝土强度检验标准》的规定，混凝土的抗折强度应在28天龄期时进行测试。
4. 压缩弹性模量压缩弹性模量是评估混凝土强度的另一个重要指标，它表示混凝土在受压作用下发生弹性变形的能力。
根据中国标准GB/T 50081-2002《混凝土强度检验标准》的规定，混凝土的压缩弹性模量应在28天龄期时进行测试。
三、混凝土渗透性能评估标准1. 渗透系数渗透系数是评估混凝土渗透性能的基本指标之一，它表示混凝土在受水作用下的渗透能力。
根据中国标准GB/T 50082-2009《混凝土渗透系数测定方法》的规定，混凝土的渗透系数应在28天龄期时进行测试。
2. 水泥浆渗透性水泥浆渗透性是评估混凝土渗透性能的另一个指标，它表示混凝土表面的水泥浆层在受水作用下的渗透能力。
根据中国标准GB/T 50081-2002《混凝土强度检验标准》的规定，混凝土的水泥浆渗透性应在28天龄期时进行测试。
混凝土抗压强度与渗透性关系原理一、引言混凝土是工程建筑中最常用的材料之一，其性能对于工程的安全和可靠性至关重要。
混凝土的抗压强度和渗透性是两个重要的性能指标，两者之间存在着密切的关系。
本文将从混凝土结构、抗压强度、渗透性等方面进行探讨，分析混凝土抗压强度与渗透性关系的原理。
二、混凝土结构混凝土是一种由水泥、砂、石子等材料按一定比例混合而成的复合材料。
混凝土的结构由水泥凝胶、骨料和孔隙组成。
水泥凝胶是混凝土的主要胶结材料，其强度和耐久性决定了混凝土的抗压强度和渗透性。
骨料是混凝土的主要强化材料，其强度和形状对混凝土的抗压强度和渗透性有着重要的影响。
孔隙是混凝土结构中的弱点，对混凝土的抗压强度和渗透性有着显著的影响。
三、混凝土抗压强度混凝土抗压强度是指混凝土在受到压力作用下的承载能力。
混凝土的抗压强度与水泥的性质、水泥用量、骨料的性质、骨料用量、水灰比等因素有关。
水泥的早期强度和长期强度对混凝土的抗压强度有着重要的影响。
水泥用量的增加可以提高混凝土的强度，但过量的水泥会增加混凝土的收缩和温度变形。
骨料的强度和形状对混凝土的强度有着重要的影响。
骨料用量的增加可以提高混凝土的强度和耐久性，但过量的骨料会增加混凝土的渗透性。
水灰比是指混凝土中水的用量与水泥用量的比值，水灰比的大小对混凝土的强度和渗透性有着重要的影响。
水灰比过大会导致混凝土的收缩和渗透性增加，水灰比过小会导致混凝土的工作性能降低。
四、混凝土渗透性混凝土渗透性是指混凝土中水分和其他物质的渗透能力。
混凝土的渗透性与水泥凝胶的密实程度、孔隙的大小和分布、骨料的形状和大小等因素有关。
水泥凝胶的密实程度越高，渗透性越小。
孔隙的大小和分布对混凝土的渗透性有着显著的影响，孔隙越大、分布越密集，渗透性越大。
骨料的形状和大小对混凝土的渗透性也有着较大的影响，骨料的圆形度越高、大小越均匀，渗透性越小。
五、混凝土抗压强度与渗透性关系混凝土的抗压强度和渗透性之间存在着密切的关系。
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。
水泥浆防窜流主要性能探讨作者：金凯龚章昌姜宏张成娟来源：《石油知识》 2016年第2期金凯1 龚章昌2 姜宏3 张成娟1（1．青海油田钻采工艺研究院甘肃敦煌736202；2．渤海装备中成装备制造公司天津300280；3．青海油田分公司采油三厂青海茫崖817500）摘要：通过对水泥浆防窜主要性能的分析，指出这些性能是彼此影响和制约的，为配制防窜水泥浆体系提供了一定理论依据。
配制防窜水泥浆体系时需要根据现场实际情况，做好提高顶替效率及良好施工等工作，才能达到预期目标。
关键词：油气井；地层窜流；防窜；水泥浆；稳定性油气井注水泥后，由于环形空间液柱压力与地层压力之间的不平衡，地层中的液体进入环形空间并纵向流动，这种现象被称为环空窜流。
环空窜流对注水泥效果、油气井产量有较大影响，可导致层间封隔失效，轻则使井口带压，重则可能出现井口冒油冒气，甚至发生井喷并导致井的报废，损失巨大。
因此，很有必要对水泥浆各性能之间的关系及其与地层窜流之间的关系进行探讨和研究。
1水泥浆防窜流主要性能水泥浆的防气窜性能主要有密度、失重、失水、静胶凝强度过渡时间、体积收缩、稳定性等。
1.1密度为防止水泥浆注替和凝固过程中发生窜流，水泥浆密度必须满足注水泥全过程浆柱压力与地层压力的平衡关系（图1）。
即：水泥浆浆柱所产生的静液柱压力和流动阻力必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）。
水泥浆是由水泥、配浆水、外加剂和外掺料组成，这些材料的密度和加入量对水泥浆密度有直接影响。
改变水灰比和加入密度调节剂也可以调节浆体密度。
1.2失水失水是水泥浆在压差作用下约束自由水的能力。
国外研究表明，没有严格控制滤失速率的水泥浆体系在顶替到位后，在短时间内快速失水，直至环空液柱压力与地层压力平衡。
当失水发生在气层之上时，形成桥堵，阻碍压力传递，而此时桥堵点以下水泥装仍处于液态，一旦环空压力低于地层压力，地层流体特别是气体就能侵入环空。
⽔泥强度与混凝⼟强度之间的数字量化（⼀）技术背景与技术思路⼀技术背景混凝⼟是当今建筑⾏业中⽤途最⼴、⽤量最⼤的建筑材料之⼀，全国每年就有数⼗亿⽴⽅⽶混凝⼟的需求，⽽且随着国家基础建设的加⼤投⼊，每年的混凝⼟⽤量仍呈递增趋势。
伴随混凝⼟⽤量的增长，混凝⼟专业技术⼈员的增加，混凝⼟整体质量逐年提升，但与我国设计要求相⽐还存在⼀定差距，主要体现在混凝⼟的和易性与耐久性上。
这是因为中国幅员辽阔，区域差别很⼤，⽤于混凝⼟⽣产的原材料质量千差万别，⽽为了满⾜⽣产需要，找不到适合的原材料，只能降低质量标准。
⽬前混凝⼟搅拌站⽣产使⽤的⽔泥主要有普通硅酸盐⽔泥、矿渣硅酸盐⽔泥和复合硅酸盐⽔泥，按照⽔泥标准检验，⽔泥本⾝的技术指标如强度、凝结时间、标准稠度⽤⽔量、安定性等都能满⾜国家标准的要求。
但在使⽤过程中，经常出现⽔泥与外加剂适应性差、强度波动⼤、混凝⼟滞后泌⽔、凝结时间不正常等问题，从⽽给混凝⼟⽣产和质量控制带来了不利影响，也给企业带来了⼀定的经济损失和声誉影响。
本⼈通过⼤量试验研究分析，产⽣这些问题的主要原因与⽔泥中混合材的品种和掺量变化有直接关系，特别是使⽤同⼀强度等级的⽔泥配制某强度等级的混凝⼟时⽔泥⽤量差别很⼤，对混凝⼟企业提⾼产品质量、控制成本带来很⼤的困难。
2.技术思路为了解决配制混凝⼟时⽔泥⽤量与混凝⼟强度之间对应关系，特别是使⽤同⼀强度等级的⽔泥配制某强度等级的混凝⼟时⽔泥⽤量差别很⼤，⽔泥与外加剂的适应性不好的难题，实现提⾼混凝⼟企业产品质量、控制成本的⽬的。
本⼈通过多年研究确定了⽔泥强度与混凝⼟强度之间直接的对应关系计算公式，即⽔泥对强度的贡献，建⽴配制单位强度（为混凝⼟贡献1MPa强度对应的⽔泥的质量）混凝⼟所⽤⽔泥量的计算公式。
（⼆）⽔泥强度与混凝⼟强度之间的数字量化⽅法⽔泥强度的检验采⽤标准胶砂试验的⽅法，当标准养护的胶砂试件破型检验时，试件中的标准砂并没有破坏，⽽是试件中的⽔泥⽔化形成的纯浆体被压⼒破坏，本⼈认为⽔泥⽔化形成的纯浆体的强度与标准⽔泥胶砂的强度不同。
丝 路 视 野一、防窜水泥浆体系作用机理油田经过长时间的开发后，地层能量严重不足，需要进行修井作业以保证油井的正常生产。
作为钻井和修井中的主要介质，注入水泥浆来实现油井的防窜，是其中非常重要的工艺组成部分。
对于长时间开采的油井来说，压力差异主要表现在纵向层间，对于调整井固井的过程来说，如何能够实现稳定压力和防漏防窜，是一项非常重要的任务和要求。
为了更好地保证固井质量，使油井的生产层封固完整，避免套管出现窜油、窜气等问题，推动采油工艺进一步简化，提高油井使用寿命和油井利用率，采用更为科学和精准的防窜水泥浆就显得十分重要。
第一，分散剂（SG-JZJ）是一种橘黄色或者红褐色粉末，它的主要构成成分是甲醛、丙酮等，通过聚合改性的方式形成。
作为泥浆中的重要组成部分，通过吸附和分散等来实现水泥浆的流变性。
在混合过程中，泥浆中加入减阻剂后，正电荷会在水泥颗粒表面进行大量聚焦，吸附的大量阴离子会使颗粒表面电荷得以凝聚。
在这种情况下，水泥水化会进一步抑制聚焦颗粒的效果，絮状体系被逐渐瓦解，这其中的絮状结构会被进一步释放出来，达到使流动性进一步改善的目的。
第二，降失水剂（SG—JSSJ）是以浅灰色粉末形状的物性特点存在。
它由水溶性助剂和其他高分子材料所组成。
这种成分通过形成致密的聚合物薄膜及提高水相黏度，达到减少水分流失的目的和效果。
加入水泥浆后，这种成分会和水泥颗粒吸附增长变大，使水泥浆体系结构发生一定程度的改变。
在这种情况下，水流的压力变化较大，流动速度会减慢，滤失量减少，在井壁上渗透性地层形成一层滤饼状物质，在介质界面形成不渗透膜，从而阻止水分滤失的现象发生。
整个水泥浆体系由此会变得更加稠密，使紊流顶替作用得以突出和突显。
第三，早强剂（SG—ZQJ）。
早强剂的主要物性是呈现白灰色粉末的形态，这种物质的产生机理是通过早强材料改性形成的，在制备的过程中，是通过化学反应的方式来实现，一般情况下是氢氧化钙水解反应，通过离子浓度的变化，实现石膏体系水泥水化，这样就能够更加快速地实现泥浆稠化。
