《油田化学》83-3.pptVIP

水泥浆是固井中使用的工作液。 固井作业：是由套管向井壁与套管的环形空间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。 本章主要介绍水泥浆的功能、组成、性能及其化学处理，并介绍在一般情况和特殊情况下使用的水泥系。 一、水泥浆的功能 水泥浆的功能：固井。 固井可达到以下目的： 1 ．固定和保护套管，减小地层对套管的挤压 2．保护高压油气层 当钻遇高压油气层时，常用高密度钻井液平衡地层压力，以防止井喷的发生。 钻完高压油气层之后，必须下套管 固井，将它封隔起来，才能顺利钻进。 3．封隔严重漏失层和其他复杂地层 当钻遇严重漏失层时，常用低密度钻井液和（或）加堵漏剂的方法钻井。钻完之后也必须下套管固井，将它封隔起来，才能顺利钻进。 二、水泥浆的组成 水泥浆由水、水泥、外加剂和外掺料等组成。 1．水：可以是淡水、盐水或海水。 2．水泥：由石灰、粘土在1450~16500C下煅烧、冷却、磨细而成。 主要含有：硅酸三钙（3CaO?SiO2）、硅酸二钙（2CaO?SiO2）、铝酸三钙（3CaO?Al2O3） 和铁铝酸四钙（4CaO?Al2O3? Fe2 O3）等 硅酸盐和铝酸盐。 固井用的水泥称为油井水泥。 按API标准，油井水泥可分为九个级别。见表3-2 表3-2 API油井水泥适用的井深 按我国石油行业（SY）标准，油井水泥根据使用的地层温度可分为：450C、750C、950C和1200C四个级别。 表3-3 列出了SY油井水泥的矿物组成。 表3-4 SY油井水泥适用的井深 3．水泥浆的外加剂与外掺料 为了调节水泥浆性能，需要在其中加入一些特殊物质，其加入量小于或等于水泥质量5%的物质称为外加剂；其加入量大于水泥质量5%的物质称为外掺料。 若按用途，则可将水泥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、水泥密度调节外掺料和水泥防漏外掺料。 固井对水泥浆密度的要求：既要彻底地把钻井液替换出来，又不能把地层压漏。 水泥浆的配制要求： 水灰比：水与水泥的质量比。 对水灰比的要求：0.3~0.5 对水泥浆密度的要求：1.8 g/cm3~1.9g/cm3 实际中，应根据地层情况，对水泥浆的密度进行适当调整。调整的主要方法是加入外掺料。外掺料可分为降低密度外掺料和提高密度外掺料两类。 一、降低水泥浆密度外掺料 在低压油气层或易漏地层固井时，需在水泥浆中加入降低水泥浆密度外掺料。此类外掺料主要有： 1．粘土 特点：① 固相密度为2.4 g/cm3~2.7 g/cm3，比水泥的固相密度3.1 g/cm3~3.2 g/cm3低； ② 具有增稠作用。 配制：① 加入量一般为2%~32%，可配制密度在1.32~1.79 g/cm3的水泥浆； ② 当所用水为淡水或低浓度盐水时，应用膨润土作外掺料；当用高浓度盐水时，应用抗盐粘土（如坡缕石、海泡石等）作外掺料。 2．粉煤灰 粉煤灰是煤燃烧产生的空心颗粒，主要组成为二氧化硅，固相密度约为2.1 g/cm3，比水泥的固相密度低。可配得密度在1.60~1.79 g/cm3的水泥浆。 3．膨胀珍珠岩 膨胀珍珠岩是通过珍珠岩高压熔融，然后迅速减压、冷却所产生的多孔性固体。孔隙是由珍珠岩中的结晶水在高温减压时气化生成的。膨胀珍珠岩的固相密度约为2.4 g/cm3，比水泥的固相密度低。可配得密度在1.1~1.2g/cm3的水泥浆。 4．空心玻璃微珠 空心玻璃微珠是将熔融的玻璃通过特殊喷头喷出产生的。微珠直径20~200μm范围，壁厚在0.20~0.40μm范围，表观密度在0.4~0.6 g/cm3范围.。可配得密度在1.0~1.2 g/cm3的水泥浆。若要配制密度更低的水泥浆，可以使用空心陶瓷微珠 二、提高水泥浆密度外掺料 在高压油气层固井时，需在水泥浆中加入提高水泥浆密度外掺料。 此类外掺料主要有： 1．高密度固体粉末。包括：重晶石、菱铁矿、磁铁矿、黄铁矿等。可配得密度在2.1~2.4 g/cm3的水泥浆。 2．水溶性盐 加入水溶性盐是通过提高水相密度来提高水泥浆密度的。 常用的水溶性盐主要是NaCl。可配得密度在2.1g/cm3以上的水泥浆。 另外，加入水泥浆减阻剂也可提高水泥浆的密度。 一、水泥浆稠化 1．水与水泥混合后的行为 水泥浆稠化指水与水泥混合后，水泥浆会逐渐变稠的现象。 水泥浆稠化的程度用“稠度”表示。 水泥浆的稠度是用稠化仪通过测定一定转速的叶片在水泥浆中所受的阻力得到的。单位为Bc 水泥浆的稠化速率用“稠度时间”表示。 稠度时间：指水与水泥混合后稠度达到100