油井水泥外加剂.ppt

May.2004,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,中国石油集团工程技术研究院,Cementing Technology,油井水泥外加剂及水泥浆体系,油井水泥外加剂及作用机理,常用的十大水泥浆体系,选择水泥外加剂和设计水泥浆体系应注意的几个问题,May.2004,油井水泥外加剂及作用机理,1.,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。,May.2004,1.1,油井水泥,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，通常常用的几类早强剂，其促凝早强的作用机理为：,氯盐类早强剂：,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。,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,Diacel,A,HALLIBURTON:,Econolite,硫酸盐：,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；,1.2,油井水泥早强剂的主要类型,May.2004,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（,CHONH,2,),、,草酸（,H,2,C,2,O,4,),和三乙醇胺,（,N(C,2,H,4,OH),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。,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。,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,May.2004,2.1,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。,May.2004,2.2,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,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：,Diacel,LWL,：,有机磷酸盐类：,如,HEDP,AMDP,等，如：,J,RL,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。,May.2004,3.,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，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、水敏地层注水泥、防气窜注水泥,May.2004,3.1,降失水剂作用机理,研究降失水剂的作用机理主要应通过研究水泥颗粒的形状和尺寸、流体的粘度、水泥滤饼的质量等方面来进行，其中以改善滤饼质量为控制失水的关键，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，降低水泥浆失水。,May.2004,3.2,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,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：,D-28,HALLIBURTON:,Halad,-14,22A,等，国产的,BXF-1,，,LW-1,，,S24,等,。,聚乙烯醇类,如：,CG701S,G60S,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,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。,May.2004,2,、,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:CEMAD,1,，,国产的,XS,2,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,May.2004,4.,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。,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,May.2004,4.2,油井水泥分散剂的主要类型,磺酸盐类,1,）密胺磺酸盐类,（,PMS),；,如国产的,SM,2,）,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,）,木质素磺酸盐,如：,HALLIBURTON:CFR-2L,等，,4,）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,USZ,，,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。,May.2004,5.,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。,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：,May.2004,5.2,油井水泥消泡剂的主要类型,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，,May.2004,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,May.2004,6.1,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；,低密度填充料：,指密度低于波特兰水泥密度,（,3.15,g/cm,3,),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。,May.2004,膨润土：,也叫搬土，密度,2.60,2.70,g/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,1.53 1.58,g/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：,HOWCO Gel,BJ,休斯公司有：,BJ Gel,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（,2,Na,2,OSiO,2,),、,偏硅酸钠（,Na,2,OSiO,2,),及一硅酸钠（,Na,2,O2SiO,2,）,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,1.37,g/cm,3,，,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，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,600-1000,Kg/M,3,，,压实容重为,1000-1400,Kg/M,3,。,粉煤灰的颗粒粒径为,0.5300,um,。,其化学成分主要以,SiO,2,、,AI,2,O,3w,为主，并含有少量的,Fe,2,O,3,、,CaO,、,Na,2,O,、,K,2,O,和,SO,3,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,1.68-1.55,g/cm,3,。,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：,Diamix,F,道威尔有：,Litepoz3;,6.2,油井水泥减轻剂的主要类型,May.2004,微珠：,漂珠为空心、密闭、壁薄、粒细的玻璃球体，视密度,0.650.75,g/cm,3,，,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,1.441.08,g/cm,3,，,掺量范围为,8,100,，,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,0.9-1.30,g/cm3,水泥石强度高，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,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,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,May.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：,4.8,4.9,，,平均颗粒粒度,5,m,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,May.2004,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,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：,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,2.62,g/cm3,加量为干灰的,35,40,。,石英砂按使用的用途，可分为小于等于,200,目的细石英粉和粗石英粉，,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化剂，国外各大石油公司也有同样的产品如：,HALLIBUTION,的,Silica Flour,Silica Flour Coarse,BJ,休斯公司的,D-8,D-80,道威尔公司的,D-66,D-30,等。,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、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,Diacel,A,FWC A,Versa,SetL,Gas Con496,等。,10.,游离水控制和固体悬浮调节剂,May.2004,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 高密度水泥浆体系；,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,；,防窜水泥浆体系；,新型泡沫水泥浆体系,；,水平井固井水泥浆体系；,MTC,技术及多功能钻井液,UF,技术。,固井水泥浆体系之一,普通低密度水泥浆体系,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,May.2004,使用特点,:,膨润土低密度水泥浆,适用,密度范围,:1.50,1.60 g/cm,3,;,使用温度范围：,40,100;,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,4.5,8.0MPa,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。,May.2004,水玻璃低密度水泥浆,使用密度范围通常为,:1.45-1.55g/cm,3,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,:,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，配制一定密度的促凝水泥浆固井。,May.2004,粉煤灰掺量约为,60%120%,，相应密度为,1.681.55 g/cm,3,；,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,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。,May.2004,漂珠低密度水泥浆,适用密度范围,：,1.681.18g/cm,3,；,适用温度范围：,30 180,；,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,:,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。,May.2004,矿渣搬土低密度固井液的特点,密度适用范围：,1.201.70g/cm,3,；,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,:,May.2004,固井水泥浆体系之二,高强度低密度,水泥浆技术,May.2004,适用密度范围为：,1.101.70g/cm,3,；,适用温度范围为：,20180,；,游离液基本为零；,失水量易控制，小于,50mL,；,具有一定的防气窜能力；,具有一定的抗腐蚀能力；,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,其性能与常规水泥浆相媲美的特点。,高强度低密度水泥浆体系,使用特点,:,应用：,可应用于低压易漏、浅层气、定向井、水平井、欠平衡钻井、长封固段的固井；可用于打高强度低密度水泥塞，如侧钻等；,May.2004,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,料直径的关系，提高干混材料堆积体积（,PVF,）；,根据,物料组成的物理化学,作用；,进行充填的矿物微粒,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。,设计原理,高强度低密度水泥浆体系,May.2004,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,高强度低密度水泥浆体系,May.2004,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,高强度低密度水泥浆体系,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：,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,May.2004,高强低密度水泥浆的强度性能,高墙低密度水泥浆,普通漂珠低密度水泥浆,高强度低密度水泥浆体系,May.2004,1.3g/cm,3,，,50,，,静胶凝发展,超声波静胶凝强度发展趋势,高强度低密度水泥浆体系,May.2004,1.3g/cm,3,，,50,，,超声强度发展，稠化时间,190min,超声波抗压强度发展趋势,高强度低密度水泥浆体系,May.2004,1.4g/cm3,，,50,，,超声强度发展，稠化时间,173min,超声波抗压强度发展趋势,高强度低密度水泥浆体系,May.2004,水泥浆密度,1.3g/cm,3,，,90,，,静胶凝强度发展，稠化,200min,高强度低密度水泥浆体系,超声波抗压强度发展趋势,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,May.2004,高强度低密度水泥浆体系,高强度低密度,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/cm,3,（,左）,1.3g/cm,3,（,右）,May.2004,高强度低密度水泥浆体系,高强度低密度,水泥浆失水性能,May.2004,高强度低密度水泥浆体系,40,下不同密度的水泥浆性能,水泥浆密度,1.3,1.4,1.5,1.6,性,能,G,级水泥,100,100,100,100,漂珠,54.6,34.0,22.0,13.2,PZW-A,50.0,35.0,32.0,25.0,水,112.0,88.8,78.6,68.2,CG71S,3.2,2.6,2.6,2.2,CA909S,3.0,3.0,2.0,1.5,CF41L,3.0,1.8,1.5,1.2,CX60L,0.1,0.1,0.1,0.1,性,能,流动度,cm,20.0,20.5,20.0,21.0,游离液,ml,0,0,0,0,失水量,ml,24.0,26.0,24.0,20.0,稠化时间,min,131,128,145,143,抗压强度,MPa/24h,9.0,12.0,14.0,15.3,May.2004,高强度低密度水泥浆体系,水泥浆密度,1.3,1.4,性,能,G,级水泥,100,100,漂珠,65.7,47.5,PZW-A,57.1,57.1,水,107,96.4,G60S,3.14,2.42,早强剂,1.43,1.42,CX60L,0.1,0.1,性,能,流动度,cm,21,21,游离液,ml,0,0,失水量,ml,20,20,稠化时间,min,143,120,抗压强度,MPa/24h/48h,14.6/24,15/30,50,下不同密度的水泥浆性能,May.2004,高强度低密度水泥浆体系,70,下不同密度的水泥浆性能,水泥浆密度,g/cm,3,1.3,1.4,1.5,1.6,组成,G,级水泥,100,100,100,100,漂珠,71,47.1,31.4,15,增强剂,79,57.1,57.1,57.1,G60S+G64,4.3,4.54,4.5,4.3,水,129,100,88.6,78,消泡剂,0.1,0.1,0.1,0.1,水泥浆性能,流动度,cm,20,22,22,22,游离液,ml,0,0,0,0,失水量,ml,30,28,32,26,稠化时间,min,260,180,182,-,抗压强度,Mpa,（,24hr,）,16,20,22,25,n,K,0.89,0.22,0.88,0.18,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,g/cm,3,1.3,1.4,1.4,1.5,1.5,温度,60,50,80,50,90,组成,G,级水泥,100,100,100,100,100,漂珠,64.2,41.25,41.25,27.5,27.5,增强剂,57.1,37.5,37.5,57.1,57.1,水,110,87.5,87.5,37.5,37.5,G60S,6.4,2.5,2.5,2.5,2.5,BXR-200L,0.31,1.87,CX60,0.2,0.2,0.2,0.2,0.2,水泥浆性能,流动度,cm,22,23,23,22,1.87,游离液,ml,0,0,0.2,0.2,0.2,失水量,ml,30,18,32,30,30,稠化时间,min,160,173,186,166,310,抗压强度,Mpa,（,24hr/48h,）,16/28,19,25,22.8,17,May.2004,1.4g/cm3，,90,典型水泥浆稠化时间曲线,高强度低密度水泥浆体系,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,May.2004,固井水泥浆体系之三,新型泡沫低密度,水泥浆体系,May.2004,化学泡沫低密度水泥浆,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/cm,3,；,密度低，强度高；,渗透率低；,一定的触变性；,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。,May.2004,FCA(g),发气量（,cm3),发气量与发气剂配比的关系,May.2004,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,May.2004,稳泡剂,FCF,加量的确定,FCA:FCB,(g:ml),水,(,ml),FCF,(ml),起泡性,(,cm,3,),均匀性,结论,7:2,50,5,500,不均匀,NO,6,450,较,均匀,NO,7,425,均匀,OK,8,325,均匀细小,OK,May.2004,泡沫水泥浆的实验室制备方法,利用化学剂发气法制备泡沫水泥要比充气法简单,;,将一定量的发气剂,FCA,干混于水泥中，用清水配制非泡沫水泥浆,(,密度控制在,1.85,1.90,g/cm,3,),，,方法同,API,标准，然后将制好的非泡沫水泥浆在低速下,(4000,rpm),再搅拌,10,秒，同时加入一定量的发气剂,FCB,和稳泡剂,FCF,，,则可制成泡沫水泥浆。,采用这种方法制备的泡沫水泥比较均匀，泡沫细小，无需控制反应速度和发泡时间。,May.2004,新型化学泡沫水泥结构,May.2004,放大倍数,40,放大倍数,100,国外机械充气泡沫水泥结构,May.2004,泡沫水泥的渗透率,May.2004,温度对泡沫水泥密度的影,响,May.2004,压力对泡沫水泥密度的影响,May.2004,不同温度下压力对泡沫水泥浆密度的影响,常压密度,。,=1.1gcm3,90,50,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,P(,Mpa,),2.01.81.61.41.21.00.80.60.40.2,泡沫水泥密度,(,g/cm3),May.2004,泡沫水泥的试验方法,泡沫水泥稳定系数的测定方法,500,V,0,=-100%,500,稠化时间的测定方法,抗压强度的测定方法,May.2004,稠化时间的测定方法,按设计要求量取一定量的水泥、外加剂及水；,将量取的,FCA,、,FCB,和水及其它水剂,(,除,FCF,外,),放入容积为,1,升的搅拌杯中，并在搅拌器上低速,(4000,转,/,分,),搅拌,2,分钟，使其完全反应放出氮气；,按,API,标准搅浆。,在配好的水泥浆中加入定量的,FCF,，,轻轻用搅拌棒搅拌使其混匀于水泥浆中，然后装好稠化仪浆杯，按,API,试验程序试验。,May.2004,抗压强度的测定方法,水泥浆,模子,活塞,May.2004,工艺技术研究,密度设计,灰量计算方法,添加剂的混配方法,施工工艺方法,地面控制参数,1/25/2026,泡沫水泥的密度设计方法,泡沫水泥在井下的实际密度的大小必须满足下列基本准则：,n,H,r,m,+(H-H),r,w,+(H,i-1,-H,i,),r,Fi,i=1,r,漏当,H,0,如果水泥返高距井口不小于,200,m,，,r,F,1/2,（,r,F,顶,+,r,F,底,)，,则：,H,0,r,漏当,H,r,m,(H-H),r,w,r,F,H,0,-H,May.2004,灰量计算方法,灰量大小应满足下式：,G.,q,F,(1+n)V,电测环容,故,r,F,V,电测环容,G,(1+n)-,r,s,(m+1/,r,c,),G-,灰量，吨,;,q,F,-,泡沫水泥造浆量，方,/,吨,;,m-,水灰比,;,q,s,-,纯水泥造浆量，方,/,吨,;,n-,灰量附加系数，一般,n=0.1-0.2;,r,s,-,纯水泥浆密度,;,r,c,-,水泥密度，,g/cm,3,.,May.2004,添加剂的混配方法,发气剂,FCA,、,增强剂,FCP,、,缓凝剂,FCR,、,降失水剂,FCW,均按一定比例干混于水泥中，倒罐两次，混拌均匀后装车上井。,施工前将发气剂,FCB,、,稳泡剂,FCF,倒入注泡沫剂水泥车上的水箱中，并加水至设计注入总量，手动搅拌使其混匀。,May.2004,固井施工工艺技术,May.2004,地面控制参数,注纯水泥密度,注泡沫剂排量,注入泡沫剂液体排量的大小，可用下列公式计算：,泡沫剂总量,泡沫剂排量,注水泥排量,水泥浆总量,May.2004,应 用：,适用于一般低压易漏地层、水敏性地层、热采井以及防气,窜井的固井。,1994,年至今在长庆、辽河、吐哈、河南油,气田共进行了,300,余口井的试验推广，使用效果良好；,1994,年至今，在长庆马,岭、华池、靖安等油田,和陕甘宁中部盆地气井,试验推广了,300,余口井次,一次固井合格率,100%,，,优质率,80.3%,。,May.2004,固井水泥浆体系之四,短候凝水泥浆体系,May.2004,短候凝水泥浆体系的主要类型,CA903S,低温短候凝水泥浆体系；,J-2B,短候凝防窜水泥浆体系,；,SQ,短候凝防窜水泥浆体系,。,May.2004,短候凝水泥浆体系,使用温度范