油井水泥外加剂.pptx

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1、油井水泥外加剂及作用机理油井水泥外加剂及作用机理第1页/共130页May.20041.油井水泥早强剂油井水泥早强剂油井水泥早强剂油井水泥早强剂油井水泥早强剂主要是指能显著缩短水泥浆稠化时间，加速水泥熟料矿物的凝结与硬化，提高水泥石早期抗压强度的外加剂。主要用途：缩短凝结时间，表层套管注水泥、打水泥塞、堵漏等。第2页/共130页May.20041.1油井水泥早强剂作用机理早强剂作用机理研究发现，不同类型的早强剂对水泥浆具有不同的早强作用机理，通常研究发现，不同类型的早强剂对水泥浆具有不同的早强作用机理，通常常用的几类早强剂，其促凝早强的作用机理为：常用的几类早强剂，其促凝早强的作用机理为：氯盐类

2、早强剂：氯盐促进水泥浆硬化和早强的机理，主要有两个方面的原因。一是增加水泥颗粒的分散度，从而加速水泥水化和硬化的速度；二是与水泥熟料矿物产生化合作用，与C3A化合生成水化氯铝酸钙，从而使胶体膨胀，水泥石孔隙减少，密实性增大，从而提高了水泥石的强度。硫酸盐类早强剂：硫酸盐对水泥的促硬、早强作用，主要是因为它能与水泥熟料矿物水解析出的氢氧化钙发生置换反应，从而能加速与水泥熟料中的C3A反应生成更多的硫铝酸钙，提高水泥水化液相中的固相比例，加快水泥凝结硬化的速度和早期强度的提高；有机早强剂：如三乙醇胺，它能起到促凝早强作用是由于三乙醇胺能促进水泥石形成更多的钙矾石，能有效地吸附在水泥熟料矿物表面，加

3、快C3A与石膏之间的反应，但三乙醇胺可能减缓C3S的水化速度。通常，它与其它促凝早强剂复合使用，可发挥更好的早强作用。第3页/共130页May.2004 常用的油井水泥促凝早强剂可分为无机盐类早强剂、有机化合物类常用的油井水泥促凝早强剂可分为无机盐类早强剂、有机化合物类早强剂和由多种不同类型早强剂复合而成的复合早强剂。早强剂和由多种不同类型早强剂复合而成的复合早强剂。一、无机盐类主要包括：氯化钙：如BJ公司的：A-7,道威尔的：SI液体氯化钙：如BJ公司的：A-7L,道威尔的：D77硅酸盐：如BJ公司的：A-2,道威尔的：D29,DiacelA,HALLIBURTON:Econolite硫酸盐

4、：如BJ公司的：A-10,道威尔的：D53,HALLIBURTON:EA-2氯化钠：如BJ公司的：A-9,道威尔的：M117等其它无机盐类促凝剂还包括：铝酸盐、硝酸盐、碳酸盐、硫代硫酸盐以及钠、钾、铵的氢氧化物等；1.21.2油井水泥早强剂的主要类型油井水泥早强剂的主要类型第4页/共130页 油井水泥早强剂的主要类型油井水泥早强剂的主要类型二、有机化合物促凝剂主要包括：甲酸钙Ca(HCOO)2、甲酰铵（CHONH2)、草酸（H2C2O4)和三乙醇胺（N(C2H4OH)3等。三、复合促凝剂研究表明，由多种无机盐促凝剂和有机化合物促凝剂复合的早强剂，往往可得到比单一类型促凝剂促凝效果更好的外加剂。

5、我国目前油田常用的早强剂通常为复合型的促凝早强剂，往往很少单独使用一种早强剂如：CA-2,CA903S,T90S,S601,S603,SA-1,SS-1等。第5页/共130页May.2004 通过物理化学作用，能显著延缓水泥浆稠化时间，防止油井水泥凝结过快的外加剂可称作为油井水泥缓凝剂。有些缓凝剂同时还具有减阻和降失水的作用。主要用途：增加水泥浆稠化时间，降低水泥浆粘度。2.油井水泥缓凝剂油井水泥缓凝剂第6页/共130页May.20042.1缓凝剂作用机理 缓凝剂的作用机理主要是指缓凝剂的化学性质和缓凝剂与水泥相（硅酸盐或缓凝剂的作用机理主要是指缓凝剂的化学性质和缓凝剂与水泥相（硅酸盐或铝酸盐

6、）的作用过程，由于不同的缓凝剂有不同的化学性质和作用过程，所以，铝酸盐）的作用过程，由于不同的缓凝剂有不同的化学性质和作用过程，所以，目前所提出的所有理论都还不能全面的解释缓凝剂本身参与水泥的水化过程的目前所提出的所有理论都还不能全面的解释缓凝剂本身参与水泥的水化过程的情况，本项工作需进一步的研究。目前，所提出的缓凝剂的主要机理有：情况，本项工作需进一步的研究。目前，所提出的缓凝剂的主要机理有：吸附理论：缓凝作用的产生是因为缓凝剂吸附在水化物表面上抑制了与水的接触。沉淀理论：缓凝剂与水相中的钙离子或氢氧根离子反应，在水泥颗粒周围形成一种不溶解的非渗透层。成核理论：缓凝剂吸附在水化物的晶核上，抑

7、制了它的进一步增长。络合理论：缓凝剂螯合钙离子，因而防止了晶核的形成。注：在某种程度上，上述四种机理有可能在缓凝过程中都发生，或其中的一种或两种机理在缓凝过程中同时发生。第7页/共130页May.20042.2 油井水泥缓凝剂的主要类型油井水泥缓凝剂的主要类型 木质素磺酸盐类：如BJ公司的：R-1，R-12,道威尔的：D13,D81,D800，D801,HALLIBURTON:HR-4,HR-7等，羟基羧酸类：如葡萄糖酸、柠檬酸、酒石酸、水杨酸、苹果酸、乳酸、葡庚糖酸及它们的盐；如BJ公司的：CR-5,道威尔公司的D110：我院的;H88,H98等；糖类化合物：如蔗糖、棉子糖、可溶性淀粉等；如

8、HALLIBUTION公司的：HR-13L,我院的：S12，等纤 维 素 衍 生 物：如 BJ公 司 的 R-6或 DIACEL-LWL,道 威 尔 公 司 的 D8,HALLIBUTION公司的：DiacelLWL：有机磷酸盐类：如HEDP,AMDP等，如：JRL,H-1合成高温缓凝剂AMPS共聚物体系无机化合物类：如铝、锌、硼的化合物；如：HR-A，LW-1,LW-2等，目前，用作油井水泥缓凝剂的化合物主要有以下的类型，它们可能是这几类化合物的改性合成化合物，或是几种化合物的复合物。第8页/共130页May.20043.油井水泥降失水剂油井水泥降失水剂 固井时水泥浆在压力下流经高渗透地层时

9、，将发生“渗透”，水泥浆液相漏入地层，通称为失水，故能够降低油井水泥浆失水量的这种外加剂通称为油井水泥降失水剂，目前主要通过减小滤饼渗透率或提高水相粘度等手段来达到降低失水的目的。主要用途：保护产能，用于油层注水泥、挤水泥、尾管注水泥、水主要用途：保护产能，用于油层注水泥、挤水泥、尾管注水泥、水敏地层注水泥、防气窜注水泥敏地层注水泥、防气窜注水泥第9页/共130页May.20043.1 降失水剂作用机理降失水剂作用机理 研研究究降降失失水水剂剂的的作作用用机机理理主主要要应应通通过过研研究究水水泥泥颗颗粒粒的的形形状状和和尺尺寸寸、流流体体的的粘粘度度、水水泥泥滤滤饼饼的的质质量量等等方方面面

10、来来进进行行，其其中中以以改改善善滤滤饼饼质质量量为为控控制制失失水水的的关键，目前，降失水剂的作用机理主要有两种学术观点：关键，目前，降失水剂的作用机理主要有两种学术观点：减少水泥滤饼的渗透率，改善水泥滤饼的结构，以形成致密、渗透率低的滤饼，从而降低失水，可通过：a:调整水泥浆体系的颗粒分布，使超细颗粒材料能够嵌入水泥颗粒之间，阻塞滤饼空隙，形成致密结构的滤饼，有助于降低失水。b:采用水溶性高分子聚合物，通过其吸附基团和水化基团在水泥颗粒表 面形成“水泥颗粒线性高分子水分子吸附层”的网状结构，束缚住更多自由水，阻塞水泥内部空隙，从而降低失水。增大水泥浆液相粘度，通过增大液相向地层滤失的阻力，

11、降低水泥浆失水。第10页/共130页May.20043.2油井水泥降失水剂的主要类型特制的超细研磨材料如：膨润土、石灰石粉、沥青质、热塑性树脂、胶乳等类的颗粒材料如：膨润土、石灰石粉、沥青质、热塑性树脂、胶乳等类的颗粒材料 水溶性高分子及有机材料 1、水溶性改性天然产物 纤维素类 如：道威尔公司的：如：道威尔公司的：D-28,HALLIBURTON:Halad-14,22A 等，国产的等，国产的BXF-1，LW-1，S24等等。聚乙烯醇类 如：如：CG701S,G60S系列等系列等 淀粉类 经接枝改性的淀粉可用作油井水泥降失水剂，其水溶性好，降滤失性好，与其它水泥外加剂配伍性好，且具有较好的分

12、散性和流变性。如HALLIBURTON:Halad-9 褐煤类 是一类煤化程度较小的煤，含较高的内在灰分和不同数量的腐殖酸，通过接枝共聚反应在褐煤大分子链上引进乙烯类侧链的方法可用作油井水泥降失水剂，如如SM-B 单宁类，单宁的主要有效成分是具有多元酚基和羧基的有机物质，经接枝化学改性后的单宁还可用作油井水泥降失水剂。降失水剂主要有两种类型：特制的超细研磨材料和水溶性聚合物。降失水剂主要有两种类型：特制的超细研磨材料和水溶性聚合物。第11页/共130页May.20042 2、合成具有磺酸盐基团或刚性基团的水溶性聚合物 AMPS的接枝共聚物,如HALLIBUTION的HALAD313S(L),国

13、内由我院开发并广泛在国内外推广应用的BXF-200L系列，本系列的降失水剂有大量的专利报道，是世界油井水泥降失水剂发展的一个方向；丙烯酰胺丙烯酸聚合物体系:如：HALLIBURTON:CEMAD1，国产的XS2,聚丙烯酰胺，磺甲基聚丙烯酰胺体系：如国产的R90抗盐降失水剂系列聚乙烯多胺的共聚物等:如国产的SK系列降失水剂。合成苯乙烯丁二烯，胶乳丙烯酸或类似胶乳水泥浆体系，如HALLIBUTION的D-air系列，以及国产的BCT-800胶乳外加剂体系油井水泥降失水剂的主要类型第12页/共130页May.20044.油井水泥分散剂油井水泥分散剂主要用于改善水泥浆的流动性，降低水泥浆体系的粘度，改

14、善并显著提高水泥浆的流变性能的外加剂。使用效果：稀释水泥浆，提高顶替效率，降低水马力，使水泥浆易于泵送。第13页/共130页May.2004分散剂的主要作用机理是分散剂的吸附分散作用，其微观机制，则因分散剂的分子结构不同而存在一定的差异，其主要的作用机理表现为：吸附分散和释放游离水机理分散剂可吸附于水泥颗粒的表面，形成吸附双电层，在电性相斥的作用下，使水泥水化初期形成的絮凝结构分散解体，絮凝体内的游离水释放出来，提高水泥浆的流变性；润湿作用分散剂的润湿作用会增加水泥颗粒的水化面积，在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜，阻止了水泥颗粒的直接接触，起到了润滑分散的作用；微气泡润滑作用分散剂的掺入

15、将引入一定量的微细气泡，并与水泥质点具有相同符号的电荷，因而气泡与水泥颗粒间也因电性相斥，增加了水泥颗粒间的滑动能力，使水泥颗粒分散。4.1油井水泥分散剂的作用机理第14页/共130页May.20044.2油井水泥分散剂的主要类型磺酸盐类 1 1）密胺磺酸盐类）密胺磺酸盐类（PMS)；如国产的SM 2 2）聚萘磺酸盐类）聚萘磺酸盐类 如道威尔公司的：D31L,HALLIBURTON:CFR-2,国产的FDN,MF,UNF等，3 3）木质素磺酸盐）木质素磺酸盐如：HALLIBURTON:CFR-2L,等，4 4）聚苯乙烯磺酸盐）聚苯乙烯磺酸盐 甲醛与丙酮（或其它酮类）缩聚物，如国产的 SXY,U

16、SZ，CF40 分子质量相对较低的羟基聚多糖，如水解淀粉等；低分子化合物，如羟基羧酸等。第15页/共130页May.20045.油井水泥消泡剂 许多油井水泥外加剂在配制过程中可能引起气泡，水泥浆的过渡起泡可造成严重的后果。能够在泡沫表面扩散形成不稳定膜，从而起到消泡作用的外加剂材料可称作消泡剂。第16页/共130页May.2004 消泡剂的分子结构通常带有支链并且烃链较短，使消泡剂在气液界面上形成的双吸附层强度差，有利于消泡；消泡剂亲水基的极性较弱，亲油性较强，对液膜中极性水分子的吸引力较弱，自由水多，膜中液体的粘度低，容易流动，故液膜容易破裂而有利于消泡。消泡剂分子的活性应较高，加入泡沫体系

17、后可顶替泡沫分子，使泡破裂而有利于消泡。5.1 油井水泥消泡剂的作用机理通常认为作为消泡剂的材料，在消泡过程中的主要原理为：通常认为作为消泡剂的材料，在消泡过程中的主要原理为：第17页/共130页May.20045.2 油井水泥消泡剂的主要类型固井中常用的消泡剂有：固井中常用的消泡剂有：高分子醇，硅氧烷；如国产的GPE,磷酸酯如国产的G603甘油聚醚等如国产的GX-2,国外常用的长链羟基化合物粉状消泡剂包括道威尔公司的D-6,HALLIBURTON:NF-P,NF-1等，常用的长链有机化合物液体消泡剂包括道威尔公司的D-47,HALLIBURTON:P-Air等，第18页/共130页May.2

18、004 降低水泥浆密度可有效减小静水液柱压力，防止压裂弱胶结地层；低密度水泥浆可以用于低压油气层，以免油气层收到伤害；减少注水泥的次数，提高水泥浆造浆率，并由此获得较好的经济效益。通常，我们将能降低水泥浆密度的材料，统称为油井水泥减轻剂，在同一水泥浆中，为降低水泥浆的密度，提高低密度水泥浆的综合性能，经常同时使用几种减轻材料。6.油井水泥减轻剂第19页/共130页May.20046.1 油井水泥减轻剂的分类根据减轻剂降低水泥浆密度的机理，可以将减轻材料分为三类：水基减轻剂：指能吸附过量的水且起到充填作用的材料，如膨润土，硅酸钠等水溶增粘剂；这类减轻剂能使水泥浆混配保持均匀，阻止过量游离水的产生

19、；低密度填充料：指密度低于波特兰水泥密度（3.15g/cm3)的低密度材料，这类减轻剂只要加量足够就可以降低水泥浆密度。气体减轻材料：指常用空气或氮气来配制的具有超低密度且足够抗压强度的泡沫水泥，常有化学发泡和机械充气两种方法。第20页/共130页May.2004膨润土：也叫搬土，密度2.602.70g/cm3,是由主要含粘土微矿晶的蒙脱石（NaAl2(AlSi3O10)组成，是由两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体所组成，膨润土低密度水泥浆适宜的密度为1.531.58g/cm3。膨润土掺量为干水泥重量的810。国内主要产品有山东潍坊膨润土和安丘膨润土。国外同类产品HALLIBUTION公司有：HO

20、WCOGel,BJ休斯公司有：BJGel,道威尔有：Bentonite;水玻璃（液体硅酸钠):水玻璃又称泡花碱。由二氧化硅含量很高的石英粉与工业纯碱按一定比例混合，置于13501400溶炉中熔融后溶解于水而成的一种粘滞性溶液，呈半透明青灰色或微黄色。它由正硅酸钠（2Na2OSiO2)、偏硅酸钠（Na2OSiO2)及一硅酸钠（Na2O2SiO2）胶态与分子状的二氧化硅和水的混合物组成。水玻璃低密度水泥浆的密度可低至1.37g/cm3，推荐掺量为每公斤水泥加0.0564升,国外同类产品HALLIBUTION公司有：Econonite,BJ休斯公司有：A-2,道威尔有：D79;粉煤灰:粉煤灰又称飞灰

21、，是从以煤为燃料的发电厂锅炉的烟气中收集的灰渣。粉煤灰的比重一般为1.8-2.6，松散容重为600-1000Kg/M3，压实容重为1000-1400Kg/M3。粉煤灰的颗粒粒径为0.5300um。其化学成分主要以SiO2、AI2O3w为主，并含有少量的Fe2O3、CaO、Na2O、K2O和SO3等。通常粉煤灰的掺量约占干水泥重量的60%-120%，相应的水泥浆密度为1.68-1.55g/cm3。国内粉煤灰低密度水泥浆已得到广泛的应用，国外同类产品HALLIBUTION公司的同类产品有：Pozmix,BJ休斯公司有：DiamixF,道威尔有：Litepoz3;6.2 油井水泥减轻剂的主要类型第2

22、1页/共130页May.2004微珠：漂珠为空心、密闭、壁薄、粒细的玻璃球体，视密度0.650.75g/cm3，主要成分为氧化硅、氧化铝，及少量的氧化铁、氧化钙等，可与水泥水化产物反应生成具有胶凝性质的化合物，可将水泥浆密度范围降至1.441.08g/cm3，掺量范围为8100，国内漂珠低密度水泥浆已经得到广泛的应用，国外同类产品为：HALLIBUTION公司有同类产品为：玻璃微珠，道威尔公司的Litepoz500等。泡沫：用机械充气发气法和化学发泡法在水泥浆中混入或产生一定量的气体，形成相对分布均匀且稳定的泡沫，以降低水泥浆的密度，泡沫水泥浆的密度可降至0.9-1.30g/cm3,水泥石强度

23、高，渗透率低，可有效地应用于低压易漏油气田的固井。国内泡沫水泥浆已得到推广应用，特别是我院FC系列化学泡沫水泥浆已在我国各大油田得到广泛的推广应用，取得了良好的效果，国外各大公司如哈里巴顿、道威尔，BJ休斯公司等都具有泡沫水泥产品及应用的报告。此外，在油井水泥中可应用的减轻剂还包括：硬沥青，硅藻土，膨胀珍珠岩，矿渣，微硅以及沸石等；以上的减轻剂可以根据水泥浆降低密度的需要选择其中的一种或几种减轻材料进行水泥浆设计。油井水泥减轻剂的主要类型第22页/共130页May.2004在油气井固井中，高孔隙压力、井壁不稳定和塑性流动地层都要借助高静水压力予以控制，为了保持井眼的稳定和安全施工，要求提高水泥

24、浆的密度进行作业。要提高水泥浆的密度，可以通过降低用水量和添加高比重的材料来实现，通常我们称这种可以加重水泥浆密度的高比重材料为油井水泥浆加重剂。8.油井水泥加重剂第23页/共130页May.2004合格的加重剂必须满足以下条件：材料的颗粒粒度分布与水泥相容。粒度太大容易使水泥浆产生离析，粒度太小又容易增加水泥浆的稠度。用水量要少。用水量过大，会使加重剂加量增大，影响水泥浆的强度发展。不影响水泥水化进程，与其它添加剂有良好的相容性，同时对外加剂的吸附能力要弱。最常用的水泥浆加重剂是：钛铁矿石，赤铁矿石，重晶石以及锰铁矿粉MICROMAX。8.1 油井水泥加重剂的选择第24页/共130页May.

25、2004重晶石：是一种白色粉末材料，比重为：4.33，可将水泥浆密度加重至2.3，但需要加入更多的水来润湿颗粒，所以使用效果受到一定的削弱.国内油田重晶石应用较广，国外同类产品有：HALLIBUTION的Barite,BJ休斯公司的W-1,道威尔公司的D-31;钛铁矿石：是一种黑色颗粒材料，比重：4.45,可将水泥浆密度加重至2.4，对水泥浆的稠化时间和抗压强度影响较小。目前能提供的钛铁矿石的粒度分布较粗，需要调整水泥浆的粘度以防止水泥浆离析。国外同类产品有：HALLIBUTION的Hi-Dense3,BJ休斯公司的W-3,道威尔公司的D-18;赤铁矿:是一种红色颗粒材料，粒度分布较细，需水量

26、较低。比重：4.95,可将水泥浆密度加重至2.65，加量大时，常常加入分散剂来调节水泥浆的稠度，是一种较为有效的加重材料。国外同类产品有：Hi-Dense3,BJ休斯公司的W-5,道威尔公司的D-76;锰铁矿粉（Micromax）：是一种以赤锰矿粉为主要成分棕红色粉末的超细加重材料，比重为：4.84.9，平均颗粒粒度5m,不增加需水量，无沉降稳定问题，有适当减阻效果,可将水泥浆密度加重至2.8，但由于该种材料价格昂贵，通常与其它材料配合适用，目前在国外高压油气井固井中已得到较大量的应用，在我国南海高压气井固井中已有采用，效果良好。8.2 油井水泥加重剂的主要类型第25页/共130页May.20

27、04 普通油井水泥属波兰水泥范畴，当温度低于110时，具有较低的渗透率，并随温度的升高，抗压强度提高，当温度超过110，尤其当温度超过125时，随温度的升高抗压强度大幅度降低，渗透率大大提高，这种现象称作水泥石强度退化。温度越高，水泥石强度退化现象更加严重，致使失去保护井壁，支撑套管和封隔作用，导致油井破坏。能防止水泥石高温强度退化，稳定水泥石强度，降低水泥石渗透率的外加剂，称为防止水泥石高温强度退化的外加剂。主要用于热力开采稠油和深井注水泥。9.防止水泥石高温强度退化的外加剂第26页/共130页May.2004 防止水泥石高温产生强度退化的外加剂目前，防止水泥石高温产生强度退化的外加剂主要为

28、：硅石粉即石英砂。硅粉作为一种高温稳定剂，在高温、水化过程中，一方面能吸收水泥水化时析出的Ca(OH)2，降低了液相中钙离子的浓度，打破了C2SH和C2SH(A)等高钙硅酸盐的平衡，另一方面，硅粉又与水泥中-C2SH发生反应，生成纤维状的托勃莫莱石和耐高温的硬硅钙石，从而提高了水泥石在高温下的强度和热稳定性，硅粉密度为2.62g/cm3,加量为干灰的3540。石英砂按使用的用途，可分为小于等于石英砂按使用的用途，可分为小于等于200200目的细石英粉和粗石目的细石英粉和粗石英粉，英粉，国内按不同的要求，在高温下已广泛应用硅石粉作为高温抗强度退国内按不同的要求，在高温下已广泛应用硅石粉作为高温抗

29、强度退化剂，国外各大石油公司也有同样的产品如：化剂，国外各大石油公司也有同样的产品如：HALLIBUTIONHALLIBUTION的的Silica Silica Flour,Silica Flour Coarse,BJ Flour,Silica Flour Coarse,BJ 休斯公司的休斯公司的D-8,D-80,D-8,D-80,道威尔公司的道威尔公司的D-D-66,D-3066,D-30等。等。第27页/共130页May.2004 具有控制水泥浆沉降稳定性，降低游离液含量等作用的外加剂，可称作游离水控制和固体悬浮调节剂。控制水泥浆的游离液和沉降稳定性的添加剂主要包括：有机聚合物、生物聚合物

30、、硅酸钠以及膨润土，绿坡缕石，硅灰等材料，在诸多产品中，生物聚合物占绝对优势。国内按水泥浆的设计需要，通常添加以上材料中的一种或两种材料来保证水泥浆的沉降稳定性并控制游离液含量。国外也有同样的产品如BJ休斯公司的A-2,FWC-10,BA-58,BA-90,道威尔公司的D79,D153,D128,D154,D155，HALLIBUTION公司的Econolite,DiacelA,FWCA,VersaSetL,GasCon496 等。10.游离水控制和固体悬浮调节剂第28页/共130页常用的十大水泥浆体系常用的十大水泥浆体系 普通低密度水泥浆体系；高强度低密度水泥浆体系高强度低密度水泥浆体系高

31、高密度水泥浆体系；短候凝固井水泥浆体系短候凝固井水泥浆体系 高温深井水泥浆体系；抗盐水泥浆体系抗盐水泥浆体系；防窜水泥浆体系；新型泡沫水泥浆体系新型泡沫水泥浆体系；水平井固井水泥浆体系；MTCMTC技术及多功能钻井液技术及多功能钻井液UFUF技术。技术。第29页/共130页May.2004 固井水泥浆体系之一固井水泥浆体系之一普通低密度水泥浆体系普通低密度水泥浆体系第30页/共130页May.2004 普通低密度水泥浆的主要类型 膨润土低密度水泥水玻璃低密度水泥粉煤灰低密度水泥浆漂珠低密度水泥浆矿渣低密度水泥浆第31页/共130页May.2004 使用特点使用特点:膨润土低密度水泥浆膨润土低密

32、度水泥浆 适用密度范围:1.501.60 g/cm3;使用温度范围：40100;游离液含量大;流动性差,稠化时间长;强度低,24小时抗压强度为4.58.0MPa 渗透性高等应用:主要用于分级注水泥的领浆，或作为充填水泥浆。具有货源广，成本低，使用方便等优点。第32页/共130页May.2004 水玻璃低密度水泥浆水玻璃低密度水泥浆使用密度范围通常为:1.45-1.55g/cm3使用温度范围为40一90;推荐掺量为水泥重量的5.64;水泥浆稠化时间过长;抗压强度低;游离液大。使用特点使用特点:应用：可用作领浆；可用于表层套管固井，以赢得二次开钻的时间；还可用于井内地层坍落的地方，配制一定密度的促

33、凝水泥浆固井。第33页/共130页May.2004 粉煤灰掺量约为60%120%，相应密度为1.681.55g/cm3；具有一定的抗腐蚀能力；游离水大；稠化时间长；体积收缩大；低温下强度低等缺点。但与T-90外加剂配合使用，可有效改善粉煤灰低密度水泥浆的性能。粉煤灰低密度水泥浆粉煤灰低密度水泥浆使用特点使用特点:应用：可用于有严重腐蚀性水、气地层的油、气井固井；也可应用于长封固段固井。第34页/共130页May.2004 漂珠低密度水泥浆漂珠低密度水泥浆适用密度范围：1.681.18g/cm3；适用温度范围：30180；游离液含量较少；水泥石强度较高；渗透率较低；漂珠易上浮、进水、破碎，可造成

34、浆体沉降稳定性、体积稳定性变差。可与T-90,T-93外加剂配合使用，有效改善水泥浆的整体性能。使用特点使用特点:应用应用：采用漂珠超低密度水泥浆固井，可较好地解决长封固段漏失问题。第35页/共130页May.2004 矿渣搬土低密度固井液的特点矿渣搬土低密度固井液的特点 密度适用范围：1.201.70g/cm3；稠化时间可调、流动性好；抗压强度发展快；结构致密；失水量低、微触变、耐腐蚀、高早强、短过渡、沉降稳定性好等特点，是理想的固井材料。应用：适用于各种注水泥作业或隔离液。与泥浆相容性好，顶替效率高，能有效提高固井封固质量。使用特点使用特点:第36页/共130页May.2004 固井水泥浆

35、体系之二固井水泥浆体系之二 高强度低密度高强度低密度 水泥浆技术水泥浆技术第37页/共130页May.2004 适用密度范围为：适用密度范围为：1.101.70g/cm1.101.70g/cm3 3；适用温度范围为：适用温度范围为：2018020180；游离液基本为零；游离液基本为零；失水量易控制，小于失水量易控制，小于50mL50mL；具有一定的防气窜能力；具有一定的防气窜能力；具有一定的抗腐蚀能力；具有一定的抗腐蚀能力；水泥浆沉降稳定性好；水泥浆沉降稳定性好；抗压强度高，水泥石均匀致密不收缩，具有低温下抗压强度高，水泥石均匀致密不收缩，具有低温下其性能与常规水泥浆相媲美的特点。其性能与常规

36、水泥浆相媲美的特点。高强度低密度水泥浆体系使用特点使用特点:应用：可可应应用用于于低低压压易易漏漏、浅浅层层气气、定定向向井井、水水平平井井、欠欠平平衡衡钻钻井、长封固段的固井；可用于打高强度低密度水泥塞，如侧钻等；井、长封固段的固井；可用于打高强度低密度水泥塞，如侧钻等；第38页/共130页May.2004 根据紧密堆积和颗粒级配理论，利用线形堆积密根据紧密堆积和颗粒级配理论，利用线形堆积密 度模型和二元系统的最大堆积密度与微细胶凝材度模型和二元系统的最大堆积密度与微细胶凝材 料直径的关系，提高干混材料堆积体积（料直径的关系，提高干混材料堆积体积（PVFPVF）；）；根据物料组成的物理化学作

37、用；根据物料组成的物理化学作用；进行充填的矿物微进行充填的矿物微粒粒应该是充填性好、表面光滑致密、化学活性较高的具应该是充填性好、表面光滑致密、化学活性较高的具有减水作用的高性能矿物掺合料。有减水作用的高性能矿物掺合料。设计原理设计原理高强度低密度水泥浆体系第39页/共130页May.2004紧密堆积理论紧密堆积理论根据紧密堆积理论，利用合理的物料颗粒级配，提高单位体积水泥浆中的固相，形成更加致密的水泥石。线型堆积模型示意图线型堆积模型示意图高强度低密度水泥浆体系第40页/共130页May.2004紧密堆积理论紧密堆积理论根据紧密堆积理论，改善物料的表面性质，减少物料颗粒间的充填水和物料表面的

38、润滑水，进一步提高单位体积水泥浆中的固相。含水化膜颗粒的紧密堆积含水化膜颗粒的紧密堆积高强度低密度水泥浆体系第41页/共130页May.2004增强剂PZW：具有合理颗粒级配的活性超细胶凝材料组 成，掺入水泥浆中，可显著提高低密度水泥浆的强度 稳定性等综合性能；油井水泥：主体固结材料；漂珠：减轻材料；降失水剂、调凝剂、分散剂：调节水泥浆性能。高强度低密度水泥浆体系高强度低密度水泥浆的组成：高强度低密度水泥浆的组成：第42页/共130页May.2004根据紧密堆积理论和水泥、漂珠、增强剂的粒径分布，设计的低密高强水泥浆体系的粒径分布主要为10-60m、40-250m、0.5-40m。分布显示，体

39、系不同粒径球形粒子可以显著减小颗粒堆积空隙率，能有效提高和改善水泥浆的综合性能。高强度低密度水泥浆体系高强度低密度水泥浆体系第43页/共130页May.2004 高强低密度水泥浆的强度性能高强低密度水泥浆的强度性能 高墙低密度水泥浆高墙低密度水泥浆普通漂珠低密度水泥浆普通漂珠低密度水泥浆高强度低密度水泥浆体系第44页/共130页May.20041.3g/cm1.3g/cm3 3，5050，静胶凝发展，静胶凝发展超超声声波波静静胶胶凝凝强强度度发发展展趋趋势势高强度低密度水泥浆体系第45页/共130页May.20041.3g/cm3，50，超声强度发展，稠化时间190min超超声声波波抗抗压压强

40、强度度发发展展趋趋势势高强度低密度水泥浆体系第46页/共130页May.20041.4g/cm31.4g/cm3，5050，超声强度发展，稠化时间，超声强度发展，稠化时间173min173min超超声声波波抗抗压压强强度度发发展展趋趋势势高强度低密度水泥浆体系第47页/共130页May.2004水泥浆密度水泥浆密度1.3g/cm1.3g/cm3 3，9090，静胶凝强度发展，稠化，静胶凝强度发展，稠化200min200min高强度低密度水泥浆体系超超声声波波抗抗压压强强度度发发展展趋趋势势第48页/共130页May.2004高强度低密度水泥浆体系高强度低密度水泥浆体系沉降稳定性能高强度低密度水

41、泥浆体系沉降稳定性能第49页/共130页May.2004高强度低密度水泥浆体系高强度低密度高强度低密度水泥石的防腐性能水泥石的防腐性能PZW 低密度增强剂由较低密度的活性胶凝材料组成，在水泥浆中不仅能发生凝硬性反应，还可进一步充填水泥石孔隙，形成更加致密的水泥石。1.5g/cm3（左）1.3g/cm3（右）第50页/共130页May.2004高强度低密度水泥浆体系高强度低密度高强度低密度水泥浆失水性能水泥浆失水性能第51页/共130页May.2004高强度低密度水泥浆体系4040下不同密度的水泥浆性能下不同密度的水泥浆性能水泥浆密度水泥浆密度水泥浆密度水泥浆密度1.31.31.41.41.51

42、.51.61.6性性性性能能能能GG级水泥级水泥级水泥级水泥100100100100100100100100漂珠漂珠漂珠漂珠54.654.634.034.022.022.013.213.2PZW-APZW-A50.050.035.035.032.032.025.025.0水水水水112.0112.088.888.878.678.668.268.2CG71SCG71S3.23.22.62.62.62.62.22.2CA909SCA909S3.03.03.03.02.02.01.51.5CF41LCF41L3.03.01.81.81.51.51.21.2CX60LCX60L0.10.10.10.1

43、0.10.10.10.1性性性性能能能能流动度流动度流动度流动度 cmcm20.020.020.520.520.020.021.021.0游离液游离液游离液游离液 mlml0 00 00 00 0失水量失水量失水量失水量 mlml24.024.026.026.024.024.020.020.0稠化时间稠化时间稠化时间稠化时间 minmin131131128128145145143143抗压强度抗压强度抗压强度抗压强度 MPa/24hMPa/24h9.09.012.012.014.014.015.315.3第52页/共130页May.2004高强度低密度水泥浆体系水泥浆密度水泥浆密度1.31.3

44、1.41.4性性能能G G级水泥级水泥100100100100漂珠漂珠65.765.747.547.5PZW-APZW-A57.157.157.157.1水水10710796.496.4G60SG60S3.143.142.422.42早强剂早强剂1.431.431.421.42CX60LCX60L0.10.10.10.1性性能能流动度流动度cmcm21212121游离液游离液mlml0 00 0失水量失水量mlml20202020稠化时间稠化时间minmin143143120120抗压强度抗压强度 MPa/24h/48hMPa/24h/48h14.6/2414.6/2415/3015/3050

45、50下不同密度的水泥浆性能下不同密度的水泥浆性能第53页/共130页May.2004高强度低密度水泥浆体系7070下不同密度的水泥浆性能下不同密度的水泥浆性能水泥浆密度水泥浆密度g/cmg/cm3 31.31.31.41.41.51.51.61.6组成组成G G级水泥级水泥100100100100100100100100漂珠漂珠717147.147.131.431.41515增强剂增强剂797957.157.157.157.157.157.1G60S+G64G60S+G644.34.34.544.544.54.54.34.3水水12912910010088.688.67878消泡剂消泡剂0.1

46、0.10.10.10.10.10.10.1水泥水泥浆性浆性能能流动度流动度 cmcm2020222222222222游离液游离液 mlml0 00 00 00 0失水量失水量 mlml3030282832322626稠化时间稠化时间 minmin260260180180182182-抗压强度抗压强度MpaMpa（24hr24hr）1616202022222525n,Kn,K0.89,0.220.89,0.220.88,0.180.88,0.18第54页/共130页May.2004高强度低密度水泥浆体系不同温度不同密度高强低密水泥浆性能水泥浆密度水泥浆密度g/cmg/cm3 31.31.31.4

47、1.41.41.41.51.51.51.5温度温度60605050808050509090组成组成GG级水泥级水泥100100100100100100100100100100漂珠漂珠64.264.241.2541.2541.2541.2527.527.527.527.5增强剂增强剂57.157.137.537.537.537.557.157.157.157.1水水11011087.587.587.587.537.537.537.537.5G60SG60S6.46.42.52.52.52.52.52.52.52.5BXR-200LBXR-200L0.310.311.871.87CX60CX600

48、.20.20.20.20.20.20.20.20.20.2水泥水泥浆性浆性能能流动度流动度 cmcm22222323232322221.871.87游离液游离液 mlml0 00 00.20.20.20.20.20.2失水量失水量 mlml30301818323230303030稠化时间稠化时间 minmin160160173173186186166166310310抗压强度抗压强度MpaMpa（24hr/48h24hr/48h）16/2816/281919252522.822.81717第55页/共130页May.20041.4g/cm31.4g/cm3，90典典型型水水泥泥浆浆稠稠化化时时

49、间间曲曲线线高强度低密度水泥浆体系第56页/共130页May.2004高强度低密度水泥浆体系 水泥浆体积稳定性和沉降稳定性良好；水泥石抗压强度高；接近常规密度强度 水泥石致密，具有较强的抗腐蚀能力；界面胶结性能良好，具有较强的防气窜能力；失水量易控制；游离液低；稠化时间可调。高强度低密度水泥浆体系性能特点第57页/共130页May.2004 固井水泥浆体系之三固井水泥浆体系之三新型泡沫低密度新型泡沫低密度 水泥浆体系水泥浆体系第58页/共130页May.2004化学泡沫低密度水泥浆使用特点使用特点:可配制超低密度的水泥浆，其地面最低密度可达0.42g/cm3；密度低，强度高；渗透率低；一定的触

50、变性；低热导率；具有防气窜能力。新型泡沫水泥浆是两种氮气发气剂发生氧化还原反应，生成氮气，在稳泡剂的作用下，在水泥浆中形成细小均匀的气泡；以降低水泥浆的密度，新型泡沫水泥浆具有以下的使用特点。第59页/共130页May.2004FCA(g)发气量（cm3)发气量与发气剂配比的关系第60页/共130页May.2004 泡沫水泥浆的组成泡沫水泥浆的组成FCA发气剂FCB发气剂FCF稳泡剂FCR缓凝剂FCW降失水剂FCA+FCB碱性条件N2+剩余反应物 第61页/共130页May.2004 稳泡剂FCF加量的确定FCA:FCB(g:ml)水(ml)FCF(ml)起泡性(cm3)均匀性结论7:27:2