第三章油井水泥.ppt

第三章 油井水泥及其外加剂 5、密度调整外掺料 水泥的固体密度为3.1～3.2，配制水泥浆常用的水灰比为0.38-0.56，因此常规水泥浆的密度为1.8～1.9 。根据地层情况，固井时要调整水泥浆密度使其有效的顶替钻井液，提高固井质量，因此要用到降低密度的外掺料和提高密度的外掺料。 水泥浆密度控制原则：固井时为使水泥浆将井壁与套管之间的钻井液替换干净，通常要求水泥浆密度必须大于钻井液密度，以不压漏地层为度。 加重水泥浆—水泥浆密度＞2.0 常规水泥浆—水泥浆密度1.65～2.0 低密度水泥浆—水泥浆密度1.30～1.64 超低密度水泥浆—水泥浆密度＜1.30 根据密度对水泥浆体系的分类： 第三章 油井水泥及其外加剂 1）降低水泥密度外掺料 材料种类 粘土(鹏润土、硅藻土)，低密度矿渣，硬沥青，膨胀珍珠岩，粉煤灰，火山灰，水玻璃 1 2 微珠(玻璃、陶瓷、脲醛树脂等) 作用原理 第一类主要是一些吸水增粘的物质，其调整水泥浆密度主要取决于水灰比的大小，而不是以降密度材料本身密度大小或掺量多少决定。这类材料最低可将密度调至1.50左右。 另一类（微珠）主要以降密度材料本身来降低密度，其密度与掺量决定水泥浆密度的大小；另外可以用化学发泡剂形成泡沫水泥浆实现降密度。 第三章 油井水泥及其外加剂 2）提高水泥密度外掺料 高密度固体粉末：重晶石，钛铁矿，磁铁矿，菱铁矿等 1 2 水溶性盐（如氯化钠） 材料种类 提高密度的方法 加加重材料 提高配浆水的密度 在加分散剂的前提下，降低水灰比 提高固体材料的堆积密度(通过常规水泥和超细固相相结合，配合高效分散剂） 最后一种方法中使用的高效分散剂是一种特殊的活化材料，形成的水泥浆性能在很大程度上不受密度制约，性能独特，悬浮稳定性好，滤失性好，水泥石抗压强度高。 第三章 油井水泥及其外加剂 6、防漏堵漏外掺料 由于水泥浆的密度比钻井液的密度要大，所以钻井过程中的易漏地层，在注水泥的过程中仍会发生水泥浆漏失。要使用防漏堵漏外掺料。 主要堵漏材料 纤维性材料：短棉绒，石棉等 1 2 颗粒性材料：核桃壳，花生壳，玉米芯，粘土，硅藻土，膨胀珍珠岩，石灰岩等 在这些堵漏材料中，表面惰性材料（核桃壳）的加入不会对水泥浆的稠化时间和水泥石的强度产生影响；表面活性材料（如粘土），则要注意其加入对水泥浆的稠化时间和水泥石的强度产生的影响。 第三章 油井水泥及其外加剂 第五节 特殊水泥浆体系介绍 1、膨胀水泥 膨胀水泥即在水泥浆凝固时产生轻微的体积膨胀的水泥体系。膨胀水泥的制造通常是在硅酸盐水泥中加入一些能产生膨胀的材料或膨胀剂而成，要求体积膨胀在 0. 05％～0 .20％，此外，水泥与套管、地层之间应具有良好的粘接力。这可以克服因水泥收缩而产生微环隙，从而减小气窜的可能性。膨胀水泥的种类有钙矾石体系、针钠石体系、煅烧氧化镁体系、氧化钙复合体系、高铝水泥膨胀体系、铝粉体系等。可根据不同的井况选择合适的水泥体系。 第三章 油井水泥及其外加剂 在多数情况下，水泥浆n1。当水泥浆n接近于l时，在一定剪切速率下的表观粘度趋于一个常数，则该水泥浆可视为牛顿流体。牛顿型水泥浆顶替钻井液效果较好，分散剂就能起到这样的作用。 表3-2 第三章 油井水泥及其外加剂 实验数据表明，加分散剂的水泥浆达到紊流时的临界流速和排量比不加分散剂的低得多，因而更易达到紊流顶替，以提高环空顶替效率，所以分散剂又称为紊流引导剂。 2、调凝剂 稠化时间： 从拌浆开始，水和水泥混合后稠度达到100BC所需的时间。 为可泵送的极限时间，为了保证施工安全，施工时间应低于稠化时间。 凝结时间： 从拌浆开始，水泥浆从液态变为固态的时间。 包括初凝和终凝时间，一般要求施工总时间为初凝时间的50～65％。 过渡时间： 从初凝到终凝甚至到产生抗压强度成为渗透率极低的水泥石的这一期间。 第三章 油井水泥及其外加剂 稠化曲线： 在稠化过程中水泥浆稠度随时间变化的曲线 调凝剂： 为了准确控制施工时间，既要保证施工安全，又要尽量缩短水泥浆在环空中候凝时间以减少水泥失水、析水或遭水浸、气浸的时间通常要在水泥浆中加入稠化时间调节剂。能缩短水泥浆稠化时间的外加剂称为促凝剂（早强剂），能延长水泥浆稠化时间的外加剂称缓凝剂。 直角稠化： 水泥水化过程的诱导期相对较长，而加速期很短，水泥浆稠度出现“突跃”，在数分钟或十多分钟增至100BC，这就是所谓“直角稠化。 第三章 油井水泥及其外加剂 1）调凝剂的作用原理 （1）分散剂的调凝作用（吸附机理） 调凝剂种类很多，不能用一种理论把它们的作用原理全部概括起来，一种调凝剂可能有一方面或几方面的作用机理。 在水泥浆分散体系中，水泥粒子因重力、粒子间范德华引力、水化微粒之间的化学键力以及碰撞而