油井水泥浆性能实验

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。

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。

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.。

高温大温差水泥浆体系在胜利油田中的应用针对胜利油田深井封固段长、井底温度高、上下温差大、顶部水泥浆易出现缓凝甚至超缓凝等固井技术难题，开展了高温大温差水泥浆体系的研究。

运用降失水剂KCM008L、缓凝剂KCM007L、分散剂KCM002L和抑泡剂KCM003，开发出了新型高温外加剂系列，并考察了其综合性能。

实验结果表明，该水泥浆体系在高温大温差下性能稳定；在温差为80℃条件下，该体系起强快、候凝时间短，水泥石强度尤其是顶部强度高，能满足温度范围在105～175℃，封固段长（垂深差）1041～3577m，最大温差为73℃的油气井固井施工要求。

标签：深井固井；大温差；高温外加剂；水泥浆随着胜利油田勘探开发向中深井、深井以及超深井方向发展，油气井固井作业常遇到水泥封固段长（封固段大于2000m）、井底温度高、上下温差大的情况，上下温差常常高达60℃甚至更高。

在超高温及大温差环境下，由于现场水泥浆体系均以井底温度进行设计，导致上部水泥强度形成缓慢，甚至长时间处于不凝固状态，既不传递液柱压力，又未形成胶结，极易造成油气水窜槽，降低了固井施工质量，影响了油气田的勘探开发效果。

目前，人们主要采用特殊固井工艺技术解决长封固段固井难题[1]，如：分级固井[2]、多凝水泥浆体系[3]等。

为了适应配套的固井技术，岳家平[4]、黎泽寒[5]等人对大温差水泥浆体系进行了研究。

结合胜利油田实际需要，我们研发了高温大温差水泥浆体系，开发了新型高温外加剂系列，使该体系能够在高温大温差下性能稳定、水泥石强度尤其是顶部强度高，综合性能优良，适应超深井长封固段固井作业的需要。

1 水泥外加剂的特点1.1 降失水剂KCM008LKCM008L的温度和水泥浆密度适用范围很广，温度范围为37-204℃，水泥浆密度范围为1.44-2.40g/cm3。

试验显示，KCM008L对水泥品种不敏感，但会提高水泥浆的粘度，含有KCM008L的水泥浆体系通常游离液较低，且KCM008L对浆体无缓凝作用。