固井水泥浆体系

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910113067.9(22)申请日 2019.02.13(71)申请人 中石化石油工程技术服务有限公司地址 100029 北京市朝阳区惠新东街甲6号第12层申请人 中石化江汉石油工程有限公司　中石化江汉石油工程有限公司页岩气开采技术服务公司(72)发明人 张良万　彭小平　何吉标　刘俊君　屈勇　张家瑞　卞江　(74)专利代理机构 湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102代理人 朱宏伟　胡建平(51)Int.Cl.C04B 28/02(2006.01)C09K 8/493(2006.01)(54)发明名称一种适合页岩气水平井大型分段压裂用的固井水泥浆体系(57)摘要本发明涉及一种适合页岩气水平井大型分段压裂用的固井水泥浆体系，其包括以下重量份计的原料：油井水泥100份，淡水43-46份，弹韧剂2-4份，防窜剂1-2份，降失水剂1-3份，分散剂0.4-0.6份，膨胀剂1-1.5份，缓凝剂0.5-2.0份，消泡剂0.1-0.5份，所述弹韧剂为比表面积≥7m 2/g、体积压缩率≥5％的橡胶纤维或所述橡胶纤维与橡胶颗粒的混合物。

本发明所述固井水泥浆体系的稠化防窜性能、弹韧性等综合性能优异可在水泥环承受分段压裂交变载荷作用下有效实现水泥环与套管的同步变形，保证页岩气水平井在后期储层改造和试气生产作业过程中的井筒密封长期完整性，有效预防套管环空带压现象的出现，为页岩气水平井长期生产和大规模压裂提供有效保证。

权利要求书1页 说明书5页 附图3页CN 109761547 A 2019.05.17C N 109761547A权　利　要　求　书1/1页CN 109761547 A1.一种适合页岩气水平井大型分段压裂用的固井水泥浆体系，包括以下重量份计的原料：油井水泥100份，淡水43-46份，弹韧剂2-4份，防窜剂1-2份，降失水剂1-3份，分散剂0.4-0.6份，膨胀剂1-1.5份，缓凝剂0.5-2.0份，消泡剂0.1-0.5份；所述弹韧剂为比表面积≥7m2/g、体积压缩率≥5%的橡胶纤维或所述橡胶纤维与橡胶颗粒的混合物。

河南科技Henan Science and Technology矿业与水利工程总第872期第1期2024年1月收稿日期：2023-06-12作者简介：于培刚（1977—），男，本科，工程师，研究方向：固井防窜水泥浆体系的研发与应用。

不同固井水泥浆体系防气窜能力研究于培刚 侯海欧（中海油田服务股份有限公司油田化学事业部，天津 300459）摘 要：【目的】为了研究常用的几种水泥浆体系防气窜性能，并建立科学的评价方法，同时指导施工现场进行水泥浆体系配方的调整。

【方法】在对固井水泥浆发生气窜机理研究的基础上，采用自制的水泥浆防气窜评价设备，建立水泥浆防气窜能力评价方法，测试并研究不同水泥浆体系的防气窜性能。

【结果】结果表明，高水灰比不利于水泥浆防窜，防窜材料能够明显提升水泥浆防窜能力。

【结论】研究得出，后期水泥浆防窜能力研究应聚焦在高压下模拟水泥浆气窜效果及弹性颗粒材料等方面。

关键词：固井水泥浆；防气窜能力；评价方法；压力组合中图分类号：TE256 文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2024）01-0033-06DOI ：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2024.01.007Study on the Gas Channeling Prevention Ability of Different CementingSlurry SystemsYU Peigang HOU Haiou（Oilfield Chemical Business Department of China Oilfield Services Co., Ltd., Tianjin 300459,China ）Abstract: [Purposes ] This paper aims to clarify the anti-gas channeling performance of several com⁃monly used cement slurry systems, establish scientific evaluation methods, and guide the adjustment of cement slurry system formulations on construction sites. [Methods ] On the basis of studying the mecha⁃nism of gas channeling in cementing cement slurry, the author used a self-made evaluation equipment for gas channeling prevention of cement slurry, established an evaluation method for the gas channeling prevention ability of cement slurry, and tested and clarified the gas channeling prevention performance of different cement slurry systems.[Findings ] The results show that high water-cement ratio is not condu⁃cive to channeling prevention of cement slurry, but channeling prevention materials can significantly im⁃prove the channeling prevention ability of cement slurry. [Conclusions ] The research concludes that theanti channeling effect of cement slurry in the later stage should be focused on simulating the gas channel⁃ing effect of cement slurry under high pressure and studying elastic particle materials.Keywords:cementing slurry; anti-gas channeling ability; evaluation method; pressure combination0 引言油气井固井施工结束后，由于环空静液柱压力与地层间的压力平衡会随着水泥浆的水化过程产生变化，导致地层中的流体进入环空，这种现象称为流体窜流。

吉林油田浅层气井固井防窜水泥浆体系吉林油田位于我国东北地区，是我国重要的油气资源开采基地之一。

在油田勘探中，浅层气井的固井防窜技术一直是一个重要的技术难点和研究热点。

本篇论文将围绕吉林油田浅层气井固井防窜水泥浆体系进行探讨，并提出相应的解决方案。

一、背景介绍浅层气井是指井深在1000米以下的石油开发井，主要开采天然气资源。

固井是井筒口到地表的一道障碍，主要防止油、气、水井中间的相互串混。

而固井防窜指固井过程中避免水泥浆体系渗透到油、气层内，损害油、气资源开采。

水泥浆体系是固井防窜中的核心技术。

二、固井防窜水泥浆体系的关键参数1.水泥浆配方：水泥浆的配合比很重要，过多或过少的水会使水泥浆的固化时间变化或变差。

在计算水泥浆的配方时，还需要考虑油、气井的井深、井壁类型、水泥密度等因素。

2.壳聚糖：壳聚糖是可水解的天然高分子有机物，具有降凝、增稠等特点，可以提高水泥浆体系的黏度和稳定性，从而减少水泥浆渗透到岩石的可能性。

3.瞬变时间：这是衡量水泥浆固化反应速度的指标。

在固井防窜中，瞬变时间应该大于井筒内压力的持续时间，以防水泥渗透井壁。

4.抗清水强度和变价：这两个参数需要在水泥浆固化后进行测试。

抗清水强度是指水泥浆在清水中受到的颤动、冲洗和摩擦等影响而发生裂缝的能力。

变价是指水泥浆在固化后发生变形的程度。

三、固井防窜水泥浆体系的优化措施1.调整水泥浆配方：在实际工作中，可以根据不同井墙类型和井深，调整水泥浆的配方，优化水泥浆的黏度和稳定性。

2.添加壳聚糖：在水泥浆体系中添加一定量的壳聚糖，可以降低水泥浆的渗透性，提高水泥浆的黏度和稳定性，从而增加固化时间。

3.采用新型水泥浆体系：目前，有一些新型水泥浆体系采用了有机胶凝剂或聚合物添加剂，不但可以降低水泥浆渗透性，还可以提高水泥浆的强度和稳定性，是固井防窜中的一种新兴技术。

四、结论固井防窜是保障油、气资源开采的关键技术之一。

针对吉林油田浅层气井固井防窜水泥浆体系的技术难点，我们可以通过优化水泥浆配方、添加壳聚糖和采用新型水泥浆体系等措施来改善固井防窜效果。

8.3.1之水泥浆化学8 石油化学品与油田化学品1、固井由套管向井壁与套管的环空注入水泥浆并让它上返至一定高度，水泥浆随后变成水泥石将井壁与套管固结起来。

水泥浆（1）表层套管封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。

（2）生产套管（油层套管）用以保护生产层，提供油气生产通道。

（3）中间套管（技术套管）用来封隔不同地层压力层系或易漏、易塌、易卡等井下复杂地层。

2、套管类型及其作用一、水泥浆功能与组成（1）固井和保护套管（2）保护高压油气层（3）封隔严重漏失层和其他复杂层1、水泥浆的功能（2）水泥水泥是由石灰石、粘土在1450~1650℃下煅烧、冷却、磨细而成，它主要含下列硅酸盐和铝酸盐：（1）水配水泥浆的水可以是淡水、盐水或海水。

水泥浆由水、水泥、外加剂和外掺料组成。

（1）硅酸三钙3CaO·SiO2（简称C3S）水泥的主要成份，水化速率和强度增加率高，早期强度和最后强度都高。

（2）硅酸二钙2CaO·SiO2（简称C2S）含量一般在24％～30％之间；水化反应缓慢，强度增长慢；但最终强度高。

（3）铝酸三钙3CaO·Al2含量少，水化速率高，强度增加速率低，最后强度低。

O3·Fe2O3（简称C4AF）（4）铁铝酸四钙4CaO·Al2含量少，水化速率高，强度增加速率低，最后强度低。

除了以上主要成份外，还有石膏、碱金属的氧化物等。

影响都较小。

2、水泥浆的组成2、水泥浆的组成油井水泥分类按API（American Petroleum Institute）标准分类:A、B、C、D、E、、F、G、H、J九个级别。

按我国石油行业（SY）标准分类，油井水泥根据适应的地层温度分成45℃、75℃、95℃、和120℃四个级别。

3、水泥浆的外加剂与外掺料按用途，可将水泥浆外加剂与外掺料合在一起分成七类，即：◆水泥浆促凝剂◆水泥浆缓凝剂◆水泥浆减阻剂◆水泥浆膨胀剂◆水泥浆降滤失剂◆水泥浆密度调整外掺料◆水泥浆防漏外掺料(1)水泥浆稠化水与水泥混合后水泥浆逐渐变稠,水泥浆这种逐渐变稠的现象称为水泥浆稠化。

高温大温差固井水泥浆体系研究随着能源的迅速发展和人类对于油气资源利用的日益增多，石油勘探开采也就越来越重要。

而固井作为石油开采中的一个重要环节，其质量直接关系到油井的生产和安全。

因此，固井工艺及水泥浆体系的研究成为了石油勘探开采中的热门话题。

在当今的石油开采中，高温和大温差是常见的工作环境。

而提高固井水泥浆体系在高温和大温差条件下的稳定性和耐久性是当前研究的重点。

高温和大温差环境对水泥浆体系的稳定性和性能产生了很大的影响，如水泥浆体系的喷泵性能、硬化时间、极限承载力、抗裂性等方面都会受到影响。

针对这个问题，本研究在前人的研究基础上，采用多种实验方法对高温大温差条件下的固井水泥浆体系进行了研究。

本研究首先确定了水泥浆体系的化学成分、体积密度、黏度等基本物理性质，并观察了其在高温大温差条件下的表现。

研究发现，在高温大温差条件下，水泥浆体系的黏度和强度都会受到影响，即黏度增大，强度下降。

其次，本研究探究了高温大温差环境下不同添加剂对水泥浆体系稳定性和耐久性的影响。

通过实验发现，高温大温差环境下，添加适量的聚合物分散剂和增强剂可以改善水泥浆体系的性能，增加其抗裂性、强度和耐久性等方面的性能指标。

而添加过多或不够的聚合物分散剂和增强剂则会导致水泥浆体系的性能下降。

最后，本研究通过比较不同固井水泥浆体系的性能指标，得出了在高温大温差环境下，添加适量聚合物分散剂和增强剂的水泥浆体系性能最佳。

该水泥浆体系具有优良的喷泵性能、短固化时间、高极限承载力和良好的抗裂性等优点，可以适用于逆向钻井、注水等工作环境下。

综上所述，本研究对于高温大温差固井水泥浆体系的研究做出了一些探索，通过添加适量的聚合物分散剂和增强剂，可以改善水泥浆体系的性能，提高其稳定性和耐久性，从而保障石油勘探开采的安全和高效。

固井工艺及其水泥浆体系的研究是石油开采中的关键部分，其质量直接影响到油井生产和安全，因此具有重要的实用价值。

高温大温差条件中的固井过程难以控制，需要关注温度、气压、地质结构等多种因素，因此固井用水泥浆体系的研究对于石油工业的发展很重要。

固井水泥浆施工设计摘要：结合某定向井钻井固井基本资料，分析了固井难点，提出了重点固井技术措施，重点对水泥浆技术进行了设计，以为本井固井施工提供依据。

关键词：固井工程；水泥浆；设计某定向井位于济阳坳陷沾化凹陷孤北潜山带中部，四开设计井深：5008m，四开完钻井深：4953m，四开完钻层位：奎山段。

造斜点：3095.23m；最大井斜：42.6，井深：4825.83m；垂深：4534.65m；井底井斜：41.3°，井底垂深：4630.33m，水平位移：1026.28m。

轨迹类型：直（0m-3095.23m）-增（3095.23m-3472.31m）-稳（3472.31m-4953m）。

1固井难点分析该井钻过石炭系并钻入奥陶系八陡组，固井过程中存在井漏风险。

油气层段长（预计4486-4953m），对水泥浆体系及候凝期间的压稳要求高。

固井施工压力窗口窄，施工排量受限，既要考虑压稳又要考虑防漏。

环空间隙小，低密度水泥浆，水泥环薄，对水泥石强度和韧性有较高要求。

悬挂器位置过流面积较小，环空不易循环干净，易引发憋泵或者憋漏地层等复杂情况。

该井水泥浆为低密高强水泥浆体系。

复合钻具，胶塞通过性要求较高，胶塞到底碰压风险较高。

2重点固井技术措施2.1压稳技术措施循环时钻井液进出口密度差小于0.02g/cm³，油气上窜速度小于10m/h，方可进行下套管及固井施工作业。

做好压稳计算，确保固井全过程及侯凝期间地层压稳；候凝期间，根据水泥浆稠化和胶凝时间，环空适当加压保证压稳。

拔出中心管循环出附加水泥浆后，大排量循环钻井液6小时以上，关井观察井口，保证在尾浆失重情况下的压稳。

2.2防漏技术措施严格控制套管下放速度，避免激动压力压漏地层，每根套管纯下放时间不少于30s，送入钻具每柱不少于90s，及时灌浆并观察返浆情况。

套管到位先循环两周以上,井眼循环干净且泵压稳定后再坐挂。

调整好前置液和水泥浆流变性能，降低流动阻力，降低固井漏失风险。

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。