【正文】 min 120℃ 抗壓強度 MPa 降失水劑 分散劑 緩凝劑 防竄劑 / / / 72 117 / / / 291 / 0 80 406 12 15 / / 167 / 15 0 96 350 12 15 / / 537 / 80 （ 120℃ ） 密度 由表中數(shù)據(jù)可見， 。 外加劑及加量， % 配漿水 鹽濃度 ％ 析水 ％ API 失水 ml 120℃ 稠化時間 min 120℃ 抗壓強度 MPa 降失水劑 分散劑 緩凝劑 防竄劑 / 0 80 335 / 15 0 80 260 14 15 0 112 / 13 75 （ 105℃ ） 密度 外加劑及加量， % 配漿水 鹽濃度 ％ 析水 ％ API 失水 ml 105℃ 稠化時間 min 120℃ 抗壓強度 MPa 降失水劑 分散劑 緩凝劑 防竄劑 / / / 60 172 16 / 0 60 191 10 0 80 156 / 10 0 80 337 15 0 100 305 76 （ 120℃ ） 密度 由表中數(shù)據(jù)可見， 。 因此，在設(shè)計水泥漿的流變性能時，必須同時兼顧整個工程對水泥漿體系的穩(wěn)定性、濾失量、稠化時間、抗壓強度等性能的要求， 以達到既能滿足安全泵注、良好頂替的要求，又能滿足靜止懸浮穩(wěn)定、減少回落、提高致密性保證層間分隔效果，以及后續(xù)工程作業(yè)的要求。 62 （ 2）高密度水泥漿穩(wěn)定性和流變性 高密度水泥漿穩(wěn)定性 理論研究結(jié)果表明： 加重劑下沉速率 V與加重劑自身密度 ρ0和加重前水泥漿密度 ρS的密度差 (ρ0ρS)以及加重劑顆粒直徑 d成正比； 保持水泥漿穩(wěn)定的最小靜切力 ?s與密度差 (ρ0ρS)和粒徑均方 d2成正比，與漿體塑性粘度 ηS成反比。 研究采取的 具體技術(shù)方法： （ 1） 選擇恰當?shù)乃嗯c加重材料配比； （ 2） 體系固相材料應(yīng)具有合理的粒度級配； （ 3） 外加劑組配應(yīng)使水泥漿性能易于調(diào)節(jié) 。 一般認為，高密度： ~； 超高密度：＞ 。 53 二、水泥漿設(shè)計 為適應(yīng)各種井況固井的要求，根據(jù)要封固井的地質(zhì)條件的不同，水泥漿可分為： 按密度分： 高密度水泥漿； 低密度水泥漿。的變化 ?s的變化 水泥漿配方 試驗條件 ( ℃ MP a) ? 。 ? 合理的外摻料級配有助于提高體系穩(wěn)定性 48 (2)流變性研究 ? 流變性對固井作業(yè)的影響 配漿密度控制； 設(shè)計性能與實際性能出現(xiàn)差異； 作業(yè)設(shè)計與實際執(zhí)行效果。 44 外加劑的混合順序 通常，外加劑的加入順序為： 消泡劑、降失水劑、分散劑、緩凝劑。 43 最佳配方的設(shè)計方法 在水泥漿配方的設(shè)計中，使它的各項性能都達到設(shè)計要求，通常是較難的。 一般認為， 在接近適應(yīng)溫度上限時，通常就不再選用，而應(yīng)選用適應(yīng)溫度更高一級的產(chǎn)品。 38 水泥石的滲透率 滲透率是一定壓力下，水泥石允許流體通過的特性，單位 μ m2。一般情況下，剪切膠結(jié)強度為抗壓強度的 10~20%。 （ 1）水泥石強度作用 主要包括 3方面的含義： ? 承受地層壓力； ? 支撐套管； ? 封隔地層。 34 稠化時間與初終凝的關(guān)系 從表中數(shù)據(jù)可以看出，一般情況下，稠化時間比初凝時間提前，大約在 15~30min之間。 值得注意： 說法雖不一，并無防礙，因用稠度描述可泵性只是定性的，實際施工中是以流變性作定量設(shè)計的。 ② 水溶性高聚物 主要包括：合成的水溶性聚合物和改性的天然高分子聚合物。典型的有膠乳和非滲透劑。 28 ② 防止油氣層損害 水泥漿濾失的濾液所造成的對油氣層的損害，是長期關(guān)注的問題。 API根據(jù)大量實踐和研究，總結(jié)出了公認的濾失量控制情況。 流變參數(shù) 常壓 20 MPa 40 MPa 60 MPa 80 MPa 100 MPa YP， Pa PV， 注 水泥漿密度 ρc=， 溫度為 75℃ 。 20 （ 2）流變性能的影響因素： 水泥漿的流變學性質(zhì)，不僅受其本身水化過程的影響，還受溫度、壓力、剪切時間、水灰比、外摻料和外加劑等的影響。 它的合理描述和準確測量，直接影響準確計算注水泥過程的流動摩阻壓力。 化學角度， 膠凝是生成具有膠體結(jié)構(gòu)的凝膠；絮凝則是生成沉淀物。 增加水泥漿的粘度： 減少用水量（增加水泥或減輕劑或加重劑）、增加固相物細度、加入增粘聚合物（一般受溫度影響大）。 實際應(yīng)用中，只要存在上述情況之一，都認為水泥漿是不穩(wěn)定的，即：垂直水泥柱存在較大的密度梯度，和 / 或水泥漿靜止 2小時游離出較大的自由水。 13 水泥漿的穩(wěn)定性 水泥漿的穩(wěn)定性，已越來越得到人們的重視。 高密度水泥： 加分散劑減水和加重劑。 11 （ 3）密度的調(diào)節(jié)方法 ：用加入外加劑和外摻料調(diào)節(jié)水泥漿的密度?？赡艿臈l件下，考慮密度差 ?， 但密度越大，流動阻力也越大。設(shè)計準則： ① 滿足井下壓力條件限制。 在配制水泥漿時應(yīng)滿足 2個指標 ， 稠度和游離水含量 。 正常用水量： 根據(jù)“水泥漿含水量的確定”，在室溫下，水泥漿的常壓稠度的最大值 ≤11ABc的含水量。 而水泥漿具有可泵性的最小含水量為 38％。1 水泥漿設(shè)計技術(shù) 2 介紹內(nèi)容 第一部分 水泥漿的性能及其影響因素 第二部分 選用外加劑應(yīng)注意的方面 第三部分 適合井況要求的水泥漿設(shè)計 3 第一部分 水泥漿的性能及其影響因素 4 一、描述油井水泥 及水泥漿性能的參數(shù) 水泥漿的性能 (現(xiàn)行 )國家和 API標準 ★ 密度 ★ 自由水 (析水 ) ★ 濾失量 (失水 ) ★ 稠化時間 ★ 流變性能 ★ 水泥石抗壓強度 ★ 水泥石滲透率 水泥的性能 ★ 自由水 ★ 抗壓強度 ★ 安定性 ★ 細度 ★ 稠化時間 水泥漿的性能 (原 )國家標準 ★ 密度 ★ 流動度 ★ 凝結(jié)時間 ★ 水泥石抗折強度 5 二、水泥漿的性能 水泥漿密度 水泥漿密度是一個重要參數(shù)，主要由水泥、水、外加劑和外摻料的比例控制。 水化需水量 ： 在正常情況下，水泥水化和凝固的需水量一般為水泥質(zhì)量的 25％左右。如 G級 44％， A、 B級 46％， C級 56％， D、 E、 F、H級 38％。 最佳用水量： 根據(jù)“水泥漿含水量的確定”，在室溫下，水泥漿在常壓稠化儀中攪拌 20min的最大稠度不大于11ABc， 且游離水不大于 ％的含水量。 9 （ 2）密度設(shè)計 ：根據(jù)井下條件和施工作業(yè)的要求進行密度設(shè)計。 尾漿＞領(lǐng)漿＞前置液＞鉆井液。非膠凝材料加重劑和減輕劑應(yīng)盡量少加。主要有空心微珠、硅灰、粉煤灰、硅藻土、水玻璃、膨潤土等。 影響密度測量準確性的因素： 溫度壓力、排量、水泥漿混合效率、空氣混入、漿體穩(wěn)定性、安放密度計的位置和取樣間隔等。 14 （ 1）穩(wěn)定性的表示方法 ： 水泥漿的穩(wěn)定性一般可用游離水量（水泥石的體積收縮量）、水泥柱的縱向密度分布和表示。 16 （ 3）提高穩(wěn)定性的方法： 提高水泥漿穩(wěn)定性就是降低游離水量和沉降量，主要方法是增加漿體粘度和靜切力。 流變學角度， 膠凝是由靜止而產(chǎn)生的觸變性，施加外力即可恢復流動；而絮凝則是生成具有結(jié)構(gòu)性的絮凝物，施加外力不能分散流動，只能整體移動。 18 水泥漿的流變性 流變參數(shù)是描述水泥漿在外力作用下，產(chǎn)生流動的特點的參數(shù)。 只有正確的描述（模型選擇）和測出（測試儀器和條件）水泥漿的流變性能，才能準確計算注水泥的流動摩阻，合理的安排地面設(shè)備，防止發(fā)生井下事故（漏失），提高頂替效率。 22 ② 壓力的影響 一般情況下，壓力對流變性能的影響不如溫度明顯。 流變參數(shù) 水泥漿密度， g/cm3 YP， Pa PV， 24 水泥漿的濾失量 水泥漿中的自由水在壓差作用下，通過井壁滲入到地層中的現(xiàn)象。 27 ① 防止施工事故 水泥漿濾失量過大，會造成以下情況： ? 生成過厚的濾餅，泵壓增加，可能憋漏地層； ? 過早的脫水，有瞬凝的危險； ? 縮短稠化時間，導致過早凝結(jié)； ? 降低水泥石強度； ? 環(huán)空橋塞，產(chǎn)生層間竄流。 值得注意的是： 選擇能迅速生成濾餅，而不明顯增加粘度的材料作降失水劑最好。常用的有丁苯膠乳（ 176℃ ）、二氯乙烯和聚醋酸乙烯酯（低于 ℃ ）等。 32 （ 1）可泵性與稠度 對水泥漿的可泵性與稠度的關(guān)系，目前仍然說法不一，但一般認為： 容易泵注： 5 ?20BC； 不易泵注： 20 ?30BC； 難于泵注： 30 ?40BC； 不能泵注：＞ 40BC（ 也有認為高密度＞ 50BC ）； 易沉降，伴有自由水： ＜ 5BC（ 也有認為＜ 2BC）。以下是摘錄自蘇聯(lián)一專利的數(shù)據(jù)。 序號 密度 g/cm3 水灰比 溫度壓力 ℃ MPa 流動度 cm 稠化時間 min 初凝 min 終凝 min 1 100 40 23 130 150 170 140 50 25 160 180 200 160 70 27 195 210 230 180 80 29 200 220 250 2 100 40 20 135 160 195 160 70 175 195 220 180 100 220 250 275 3 100 40 21 120 145 170 140 50 140 170 200 160 70 230 215 240 35 水泥石強度（抗壓強度） 固井注水泥的目的之一，就是在井壁與套管之間保持良好的封隔，在正常生產(chǎn)時間內(nèi)的任何時候，都不允許地層流體或完井液通過水泥環(huán)在環(huán)空中流動。一般通過測量水泥石與套管間開始產(chǎn)生移動時的作用力確定，用單位接觸面積上所需作用力的大小表示。 對于有效封隔地層來說，水力膠結(jié)強度比剪切膠結(jié)強度的作用更大。 41 外加劑對溫度的敏感性 外加劑的效果容易受到井下溫度的影響，使用時，必須認真考慮外加劑的適應(yīng)溫度界限。 緩凝劑濃度與稠化時間的呈現(xiàn)以下關(guān)系： （ 1）與濃度成線性 （ 2）與濃度成冪律型 （ 3）與濃度成對數(shù)關(guān)系 （ 4）與濃度成不規(guī)則變化。也就是說，應(yīng)該綜合考慮降失水劑和分散劑的比例，以達到成本最低，效果最好。 47 水泥漿主要特殊性能及控制 (1)穩(wěn)定性評價分析 ? API自由水不足以反映體系穩(wěn)定性 ? 高密度水泥漿體系固相顆粒沉降控制途徑 固相顆粒下沉速度取決于密度差 ﹑ 細度； 體系保持穩(wěn)定性應(yīng)具有的最小靜切應(yīng)力和顆粒下沉速度； 低密度體系應(yīng)選擇相對密度較高 ﹑ 顆粒較細的減輕劑； 高密度體系應(yīng)選擇相對密度較低 ﹑ 顆粒較細的加重劑 。 50 溫度壓力對泥漿與水泥漿流變性的影響 ? 。 52 ? 防竄外加劑評價選擇 高效降失水并提高有效粘度； 封堵孔隙，增大氣體運移阻力，形成觸變； 維持高孔隙壓力，延緩壓降速度； 緩凝劑有效延長非膠凝時間； 優(yōu)化組合使用外加劑，合理發(fā)揮主效功能。 55 一、高密度水泥漿 包括高密度和超高密度。 58 高密度水泥漿體系設(shè)計的技術(shù)關(guān)鍵 （ 1）高密度和超密度水泥漿的穩(wěn)定性與流動性之間的協(xié)調(diào)； （ 2）高加量加重劑和低膠結(jié)相水泥與強度至間的協(xié)調(diào)。 60 篩選