国外固井水泥浆设计
030国外胶乳水泥固井技术
第25卷第2期1997年6月石油钻探技术PETROL EUM DR I LL I N G T ECHN I QU ESV o l.25,N o.2Jun.,1997!固井技术#国外胶乳水泥固井技术李文建 姚 晓 王太聪(四川南充 637001) 提要 阐述了油井固井作业中常见胶乳水泥的类型、特性及作用机理。
从水泥浆和水泥石两方面对比分析了油井胶乳水泥与常规水泥的特性,其主要差异表现在弹性上。
介绍了油井胶乳水泥在美国东德克萨斯地区3口井中的应用情况。
主题词 胶乳水泥 固井 聚合物水泥浆 水泥胶结 配方 机理 美国一、前 言胶乳实际上是一种乳化的聚合物体系,是直径<200～<500nm的聚合物球形颗粒分散在粘稠的胶体体系中,再加入一定的表面活性剂以防止聚合物颗粒聚结而形成的。
通常这种体系的固相含量为50%,乳液密度为1102kg l。
市场上的胶乳大约只有5%可用作油井水泥外加剂。
根据所用乳化剂种类的不同,胶乳可分为阳离子型(带正电)、阴离子型(带负电)及非离子型(不带电)。
一般来说,阴离子型胶乳因缺乏稳定性而不适于作油井水泥外加剂。
用于油井水泥的绝大多数是非离子型或阳离子型胶乳。
曾被用于和正用于水泥外加剂的胶乳有:聚醋酸乙烯脂、聚苯乙烯、氯苯乙烯、氯乙烯共聚物、苯乙烯2丁二烯共聚物(SBR)、氯丁二烯2苯乙烯共聚物及树脂胶乳等。
加入胶乳后的水泥被称为胶乳水泥。
当胶乳应用于油井水泥时,发现具有下列特性: (1)能较好地粘结油润和水润界面;(2)射孔时水泥石破碎减少;(3)增加了水泥石抗井内流体腐蚀的能力;(4)由于聚合物增粘和堵孔作用,降低了水泥浆滤失量,并且改善了水泥石的耐久性。
国外最早把胶乳水泥应用于油井固井工程约在1958年,但我国至今未在固井工程中成功应用。
不过,国内许多科研院所、高等院校已开始对作为弹性水泥之一的胶乳水泥进行了研究。
二、试验研究11胶乳水泥的作用机理胶乳水泥体系是有机的高分子聚合物分散体系,其作用机理很复杂。
国外防水注浆技术现状
国外防水注浆技术现状一、国外注浆施工技术现状：1、自防水混凝土井筒工程：德国建设矿井井筒采用7层防水工艺，即混凝土、砌块、沥青石渣、不锈钢板、沥青石渣、砌块、混凝土。
造价是中国自防水井筒工程4-5倍。
2、锚喷工程：瑞典、加拿大在渗水环境中锚喷，采用放水支护法，用钢丝和橡胶制成半圆型胶管，用粘结剂粘在渗淋水处，排至基础面盲沟，在管外锚喷，把管埋在喷层之内，喷层是外混凝土内部流水的现状。
3、注浆：日本多采用改性水玻璃——水泥浆等，有计划的设计压力、输浆量、封水效果等。
苏联采用粘土浆，无约束注浆法施工，即不设计压力、输入量，只是把设备安好，一直注，什么时候压不进浆则停工，无帷幕防区，工期长，治水率低。
4、基础工程防水：日本基础工程防水，采用外铺塑料防水板等，内浇筑防水混凝土，俗称二道防线。
贝宁、摩洛哥国家基础工程，采用的是先锚喷支护，然后浇筑混凝土的施工法。
5、管理：国外大多是实行每道工序都得验收质量，第一道不合格有少数渗水，不能进行下道工序的制度，做到无隐患的工程质量。
d.施工中浆液浓度变换(1)在予注浆中多采用变换浆液浓度来填充裂隙，初稀----中浓----后稀----浓稠终孔。
(2)而在短段注浆中却是先浓----中稀----极稠终孔的方法封治。
根据受注条件，及时调整浆液浓度。
二、浆液变化因素1.浆液凝胶变化因素，在恒定条件下，可测出性能、凝胶规律。
当施工中，输浆距离的长短、承压和对压的抗衡，脱水凝胶固化则有很大的浮动率。
压力是凝胶的重要因素。
2.温度对测定浆液变化有很大关系。
如输浆距离为200m，制浆站在地面，而受注点在井下，两地温差2℃，承压浆在输送管中，温差加速了固化的有利因素。
3.脱水固化，同一浓度级浆液，在运动中承压后，加速了脱水的速度，受距离影响，质量不一致,水化胶凝物在运动中进一步反应。
因此，浆流速度和压力促成浆液脱水的重要因素。
三、小结：隐蔽工程注浆封水、填充，是一项多学科的综合技术。
页岩气水平井固井水泥浆体系
脆度系数
垂直放置
水平放置
1
0
23.00
2.74
2.17
5.14
2.73
4.47
2
0.1
23.81
2.84
2.19
5.83
3.01
4.08
3
0.2
24.01
2.99
2.46
6.27
3.25
3.83
4
0.3
25.18
3.16
2.77
6.73
3.47
3.74
5
0.4
25.77
3.23
塑性体膨胀率%
硬化体膨胀率（24h）%
硬化体膨胀率(48h)%
胶结强度90℃×24hMPa(垂直放置)
胶结强度90℃×24hMPa(水平放置)
1
0
7
7.5
-0.80
-1.41
-1.43
1.96
1.67
2
1
5
5.5
-0.38
-0.58
-0.28
2.38
1.89
3
2
4.5
4
-0.13
0.17
0.24
2.74
二、页岩气水平井水泥石受力分析
页岩气水平井固井封隔失效原因分析
水泥环受力分析
水泥环内壁极限变形下弹性模量对应的极限井口压力分析
井口压力对水泥环变形的影响分析
水泥石弹性模量对水泥环变形能力的影响分析
水泥石力学性能要求
水泥石屈服条件
1、页岩气水平井固井封隔失效原因分析
水泥浆胶凝与体积收缩界面胶结质量差射孔、压裂
2、水泥环受力及计算分析
固井水泥设计理念分析
降滤(有机土，高分子聚合物，纤维素衍生物，有机聚合物)
密度调节，堵漏，增强(普通无机矿物)
消泡(有机脂、醚、酸等) 特种(复合有机、有机化合物)
示踪(放射性元素、有机化学物)
油井水泥外加剂及其应用
减阻剂及其作用机理
功 能：提高流动能力、降低摩阻，减少用水量 副作用：起泡、降强(促强)、沉淀、缓凝、降滤、提切 作用机理简述：
吸附—分散理论 湿润—润滑作用 减摩—助滑作用
改变颗粒级配，表面电化学特性，增大比 表，极性结合，引力变斥力，电位差
油井水泥外加剂及其应用
减阻剂及其作用机理
典型产品： 奈及聚奈系：FDN，NF，UNF(芳香族化合物) M 系：木钙，木钠，FCLS(阴离予型) 酮醛缩聚型：SXY，SAF，USZ 替 换 物：SMC，SMK，SMT，SMP 使用注意：
，反而严格限定）、配套性、系列性
流动性及悬浮稳定性，早强影响程度
耐温能力及范围
油井水泥外加剂及其应用
降失水剂及其作用机理
外加剂使用难点： 早强剂、缓凝剂、降滤失剂多为数种化学物质的复合 物或改性物，化学成分复杂，各种成分对应用环境因素 响应特性不同，一种主剂难于调整全部工程性能，故对
各外加剂中有机及高分子材料与水泥浆性能的协调稳定
加量： 0.l—0.5 ％，为常规范围， W/C=0.44—0.5 ，加惰性外掺料，可提高用 量 适用温度范围：＞ 90℃， SXY ， FCLS ， SMT 等，上一温度段降至下一温度段 ，均可起缓凝作用 析水控 稠化曲线规整度 强度无损
油井水泥外加剂及其应用
缓凝剂及其作用机理
功 用：延长可泵时间，确保施工安全 副 作 用：水质敏感性，降强，非单调性，加量指数变化，流 变、降滤协调性与选择性 作用机理：抑制水泥矿物组分水化速度，延缓结晶过程
油田固井水泥浆体系研究及应用
油田固井水泥浆体系研究及应用摘要：目前，由于资源的紧缺，世界各国都在紧锣密鼓的对深水油气资源进行勘探开发。
深水区域的钻井作业一直是一个世界上多个国家面临的问题，特别是表层钻井作业，例如浅层、水平基底的研究都还有待解决，这对固井水泥浆，尤其是表层的工作提出了更高的要求。
钻井技术的发展及油田勘探开发持续的加深，探井深度和生产井不同深度的不断增加，面临着很多长度、深度、强度都面临着高难度挑战。
深层埋藏较深，使得生产井深度一般在5000米也很多；深井固井的制造工艺要满足工作的需要，首先就得使得质量达标，并且在保证质量的同时从节约成本出发，提高科技含量提高市场的竞争力，使得在国际市场上拥有自己的一席之地。
关键词：固井水泥浆技术体系深固井气井固井水泥砂浆系统设计有一定固井性能满足一般要求应老驴温度、系统稳定性、水泥石的高温稳定性，我们必须肯定在什么情况下都能实施，并且固井质量需要有一定弹性材料及增韧材料进行严格的研究记忆及最佳分析外，还得研究加水泥浆增白剂及外部留下原料的添加量对水泥浆各种性能的影响。
目前气井的施工深度至少都是3500米，所以对于长度、深度都有很高的要求。
然后，对基层进行试气、压裂等工作环境的了解，水泥浆性能和施工固井更高的要求，保证了封固井质量使得工程的实施顺利的得以实施。
但是现在国内深层气井固井质量并不理想，自2005年以来，先后发生了几起严重的事故，特别是对固井等环空窜气问题和油气测试、生产建设造成了极大的影响。
一、一般固井水泥浆体系对于水泥体系而言中温的温度需要小于120℃，但是考虑到高温时性能的优越性，我们一般选择的是小于160℃的高温，超高温的固井特砂浆高温的性能更优越，目前较少的使温度控制在200℃水泥浆体系，适用温度一般都不超过200℃。
这样的体系对于淡水以及矿化的固井的效果是最好的，它一般使用的一般条件，同时也固井用的低密度、高密度的条件比较复杂的固井；性能的提高能够扩大产品使用的范围，优良的性能是保证稳定的基础，要确保各种性能都能满足所需并且更容易调节。
国内外固井技术与水泥浆体系对比分析与探讨
国内外固井技术与水泥浆体系对比分析与探讨摘要：对国内外固井技术与水泥浆体系发展现状进行了分析，探讨了固井技术与水泥浆体系发展方向。
关键词：固井技术；水泥浆体系；对比分析收稿日期：固井是钻井工程的最后一道工序，是衔接钻井和采油的关键工程，固井的成败是一口井的关键性工程，不仅关系到一口井的前期钻井投资是否作废，而且固井质量的好坏也会对油井的后期开采造成很大影响。
本文拟通过对比分析国内外固井技术与水泥浆体系，探讨国内外同行之间的差距，为促进固井技术与水泥浆体系研究，提供借鉴与参考。
1国内固井技术与水泥浆体系发展现状1.1长城钻探公司固井公司固井技术与水泥浆体系长城钻探固井公司具备为各类井型提供固井工程设计服务的能力，以及固井现场作业的技术监督和指导服务。
研制的低密度和高密度水泥浆体系为油区内外固井作业提供了有力保障，并成功进入海上固井市场，打破了外国公司垄断的局面。
1.1.1主要固井技术。
①调整井多压力层固井技术；②薄层固井技术；③防窜固井技术；④双级注固井技术；⑤微珠双密度固井技术；⑥尾管固井技术；⑦深层气井固井技术（欠平衡井的固井技术）；⑧水平井固井技术；⑨侧钻开窗固井技术；⑩小井眼固井技术；1.1.2主要水泥浆体系。
①超低密度高强度水泥浆体系。
超低密度高强度水泥浆体系当水泥浆密度为1.2g/cm3时，其24小时的抗压强度可以达到14MP a以上，基本可以和纯水泥想媲美，而且具有较好的堵漏和防窜性能，水泥浆失水可以控制在50ml以下，满足欠平衡钻井完井的需要。
②高密度水泥浆体系。
长城钻探固井公司开发的高密度水泥浆，利用合理的水泥和超细球型加重剂的粒径分布以及各材料的紧密堆积，配制出流动性能良好的高性能水泥浆（最高密度可达2.9g/cm3），已在哈萨克斯坦和我国的南海等油田使用。
该公司还在阿塞拜疆使用了一种高性能的分散剂，在不加加重剂时，水泥浆密度能达到2.16 g/cm3，同时保持良好的流动性和失水控制。
抗高温高密度固井水泥浆体系研究
抗高温高密度固井水泥浆体系研究摘要：随着深层以及超深层油气开发的进行，钻遇高温高压地层的油气井越来越多。
与常规油气井相比，高温高压油气井在固井作业方面对水泥浆要求更高。
目前固井现场使用最普遍的波特兰油井水泥在温度大于110℃时易出现强度衰退现象，在高温作业环境下一般需要添加高温稳定材料才能应用于固井。
常用的水泥浆添加剂材料，如缓凝剂、降失水剂，极易受到温度的影响出现稠化反转或者作用失效的情况。
此外，高温高压固井作业通常需要较高密度的水泥浆体系才能更好地压稳地层，以满足固井作业的要求。
因此，针对高温高压油气井固井作业，需要研究一系列固井材料，才能构建性能优异的水泥浆体系用于固井施工。
本文对抗高温高密度固井水泥浆体系进行分析，以供参考。
关键词：高温；高密度；水泥浆；固井引言深井越来越多地遇到深页岩气井、深位移气井等炎热复杂的环境。
复杂而敏感的油井不仅温度高，而且具有相对复杂的施工方法，对水泥石性能要求更高。
对于填缝施工系统，硅盐水在高温下的强度略有下降。
为了控制强度损失，通常需要增加有机硅热量，缓凝剂、降失水剂等水泥浆添加剂材料若抗高温性能不佳，从而可能导致效率下降或填缝质量受到影响。
对于复杂的地层来说，如果水泥不够灵活，可能导致进一步加工井产生的底部应力导致水泥石损坏，从而导致水泥石封隔失效。
1概述钻井过程中的情况越复杂，地温和地压的变化也越大。
一般类型的油压机和添加剂已不足以满足热井的性能要求。
在高温下，常规类型的固井水泥浆会在高温条件下更快的衰减强度。
高温下，井下的水泥环甚至可能断裂，导致机械性能完全丧失，造成塌方。
与此同时，高温下水泥的速度正在迅速提高，填缝质量的提高速度将过快。
在这种情况下，此时需要再添加高温缓凝剂以便使增稠时间合理，确保施工安全。
高温环境也可能严重影响填缝质量、损耗等的性能，需要研究可在高温环境中使用的其他材料。
此外，高温降通常需要较高密度的凹槽，而当今密集的凹槽质量系统通常具有粘度高、现场混合困难、稳定性低、性能调节困难和压力强度低等缺点。
国外新型水泥浆体系——CemNet防漏水泥浆
国外新型水泥浆体系——CemNet防漏水泥浆石油钻探技术157.0mm扩大至431.8mm.针对以上情况选用了高效率,高寿命,高强度的KE157/311型三高扩眼钻头,采取以上所述主要技术措施在2000m先导孔井段进行了把147.Omm井径扩大到4311.7mm和4311.9mm扩大到415.7mm的两级扩眼作业,并取得了成功.5结束语目前我国已在超深井钻井中进行了深部地层扩眼作业,并取得了满意效果,积累了丰富的技术经验.为了进一步提高深井超深井扩眼技术水平,除了研究完善深部地层扩眼技术外,更重要的是如何借助各式井眼扩大器及其配套技术更高效更完善地去实现井眼扩大.另外,考虑到盐膏层在超深井埋藏深,厚度大,井眼缩径变化率大,起下钻作业时间长等诸多因素的影响,应推广使用扩眼容量大的超常规井眼扩大器和超常规随钻井眼扩大器,以避免扩眼缩径影响完井质量,达到减少作业时间,保证固井质量,不断提高深部地层扩眼技术的目的.参考文献[1]李江,唐世春,崔龙兵.库1井钻井设计与施工[J],石油钻探技术,2004,32(4):5-7,[2]曾义金,深部膏盐层蠕变关系研究[J],石油钻探技术,2004,32(3):57.[3]李传武,李发东,任海军,等.科钻一井先导扩眼技术[J].石油钻探技术,2002,30(5):7-9,[4]剪占鳌,刘建军.ZK6×12型同步式扩眼器的研制与应用[J],石油矿场机械,1993,22(4):1314.[审稿葛洪魁] DomesticReamingTechniquesSuitableforDeepFormationsJianShuxuY angY ongZhangShaopei.ZhouKai(1.MachineryRepairingandManufacturingCorporation,LiaohePetroleumExplorationBu reau,Panjin,Liaoning,124010,China;2.SecurityandGuardDepartment,LiaohePetroleumExploration Bureau.Pan—Jin,Liaoning,124010,China;3.HousingCorporation,LiaohePetroleumExplorationBurga u,Panjin,Li—aoning,124010,China;4.TianyiCorporation,LiaohePetroleumExplorationBureau,Panjin ,Liaoning,124010.ChinaAbstract:ReamingindeepformationsisanarisentechniqueinChina.Thisarticlediscussesth ecurrentsit—uationandprogressofreamingtechniquesfordeepformations.Giventhereamingperforman cesandmainprob—lems,thispaperpresentsreasonableengineeringmeasuresandschemestoselectsuitablerea mingtools.Intermsofneedsfordevelopingreamingtechnique,thispapergivesanoutlookforapplicationpr ospectsofholereamersbeyondconventionandoneswhiledrilling,andillustratesitsreliabilityandactualeff ectswithatypicalCase.Keywords:deepdrilling;reaming;holeenlarger国外新型水泥浆体系——CemNet防漏水泥浆齐奉忠庄晓谦唐纯静李爽(中国石油勘探开发研究院廊坊分院完井所,河北廊坊065007)CemNet防漏水泥浆含有惰性纤维质,纤维与水泥浆混合可使常规水泥浆体系就转变成堵漏水泥浆体系.在漏失地层中,纤维能形成一种惰性纤维网状物,有效防止固井过程中的漏失,不但能降低补救挤水泥作业几率,而且纤维水泥浆对地层无伤害.因为纤维属于惰性材料,所以对水泥浆的稠化时间,抗压强度等性能没有不良影响,而且配伍性和分散性好,使用纤维水泥浆,可防止固井过程中水泥浆的漏失,保证水泥浆返到设计位置. 在混浆槽中将纤维材料添加到水泥浆中,不会堵塞}昆浆槽和注水泥管线.纤维水泥浆主要推荐用于固井时的堵漏,如固井过程中的循环漏失及打水泥塞等.在常规固井过程中,该水泥浆体系也具有很好的堵漏作用.Duri油田(位于印尼苏门答腊中部盆地)在钻井过程中经常发生钻井液部分漏失或全部漏失的情况,漏速从0.16m./h至全部漏失,采用其他堵漏方法成功率低,成本高,后采用CemNet防漏水泥浆固井成功.Duri油田采用CemNet堵漏水泥浆已完成了100多井次打水泥浆塞和固井作业,成功率达9O以上.。