国内外固井技术难点及新型水泥外加剂特性评析

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姚晓!!吴叶成&!黎学年&

!!!南京工业大学材料科学与工程学院#江苏南京$&!

江苏石油勘探局钻井处#江苏邵伯"摘要!从材料学角度出发!结合现场实际问题!通过对油井水泥固有缺陷和常用油井水泥外加剂特性的分析!阐述了影响井下水泥环长期封隔质量的’个主要因素!即水泥浆的漏失低返"水泥石的体积收缩和高脆性#在讨论新材料作用机理的基础上!提出了初步的解决方案!并介绍了新材料的现场应用情况#同时文中还就国内油田未来对固井新材料的技术需求进行了预测!并就今后的研究方向提出了建议#

关键词!油井水泥!水泥浆!水泥浆添加剂!固井质量!新材料!中图分类号!()&$%*+

文献标识码!,

!!井下水泥环的主要功能是支撑和保护套管#满足油气井开采阶段长期层间封隔的技术要求%油井水泥作为主要的密封材料一直用于固井施工中%各种化学外加剂和外掺料作为辅助材料#用于调整和改善特殊地层条件下水泥浆体的性能%因地层条件千变万化#所用水泥浆体系和外加剂各不相同#由此引发的固井技术难题也层出不穷%-./01认为&固井作业是一口井整个施工中最重要的组成部分#没有任何因素比固井质量对油层产能的影响更大’%因此#固井新材料的持续研发和应用必将为长期稳定地开发油气田提供基本的技术保障%

!!油井水泥浆体固有的缺陷

油井水泥属水硬性胶凝材料#其固有的水化特性(

使用环境!高温(高压"和施工工艺!高水灰比(高流动性能"决定了其致命的&四高’缺陷!见图!")高体积收缩(高滤失量(高密度和高脆性%水泥浆体的体积收缩使水泥环的胶结质量不能保证#还可能形成微间隙#引发地层流体!油(水(气"窜流%高脆性的水泥石在强冲击载荷作用下#水泥环会破裂而形成宏观裂纹和界面破坏#也会造成层间窜流并腐蚀套管%高滤失使得在施工过程中水泥浆发生脱水桥

堵和失水收缩#水泥浆滤液进入油气层孔隙后#因其与地层内流体不配伍而造成油气层污染%常规的水泥浆密度通常远大于钻井液密度#对于漏失性地层!低压或裂缝性地层"而言#容易引起诱导性漏失而造成水泥浆低返

图!!油井水泥的固有缺陷及引发的固井技术问题

!*!!水泥浆体的体积收缩

-23/45将水泥浆体的体积收缩!678"

分为两部分)塑性体收缩和硬化体收缩*!+

%在养护!&"1后678超过$9#其中发生在初凝前的最大塑性收缩量占678的"*!$9#而硬化体收缩则占678的++*:$9%678的+"9以上是在水泥浆的强度达到,-(;终凝值!"*!<;=2"

之后%水泥浆体体!!基金项目!

国家高新技术计划:%’项目$$$油田固井用水泥基多功能复合材料研究%&""’,,’&>!&"&资助#!!第一作者简介!

姚晓!!+%"年生!教授!博士生导师!!+:&年毕业于西南石油学院油田化学专业!&"""年在南京化工大学获博士学位!&""’年南京工业大学博士后出站!现任江苏省非金属复合功能材料工程研究中心副主任!江苏海特曼新材料有限公司总经理#地址’江苏省南京市新模范马路$号南京工业大学材料科学与工程学院(邮政编码&!"""+(电话%"&$&:’’%<$$%()#.2/?’10.!4@

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