【正文】 飽和鹽水水泥漿抗壓強(qiáng)度 14 天達(dá)到峰值 ，強(qiáng)度增長(zhǎng)速度為 、強(qiáng)度最低值為 。因此，本節(jié)采用重晶石粉加重，配制與 節(jié)相同密度的水泥漿，以分析其加重劑類型所帶來的差異。 0510152025300 10 20 30 40 50時(shí)間（D）抗壓強(qiáng)度（MPa）淡水含5%鹽含10%鹽含18%鹽含36%鹽 圖 22 50℃不同含鹽量（鐵礦粉）水泥漿抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律 從圖 22 中，可以清晰地看出：隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，不同含鹽量水泥漿的抗壓強(qiáng)度都有一個(gè)上升過程，然后逐漸降低 ，抗壓強(qiáng)度值 處于平穩(wěn)狀態(tài) 。 淡水水泥漿抗壓強(qiáng)度 14 天達(dá)到峰值 ， 強(qiáng)度增長(zhǎng)速度為 、強(qiáng)度 最低值為 MPa。 穿越巖鹽層固井，根據(jù)江漢、中原、勝利、塔里木等油田的固井經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)井采用 5%、 10%、18%的鹽水進(jìn)行固井，少數(shù)采用飽和鹽水固井，都取得了較好 的固井效果 [3]。 （ 3）研究不同加重劑配制高密度鹽水水泥石后期抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律，了解加重劑在鹽水環(huán)境下是否會(huì)發(fā)生機(jī)械性能的變化 ，從而影響水泥石的抗壓強(qiáng)度。但是，對(duì)于淺層鹽層固井沒有做更多研究，導(dǎo)致淺層鹽層固井 研究 成為一片空白。 2 吐哈油田鹽層固井技術(shù) 吐哈油田的鹽膏層集中分布在神泉、雁林西、勝南構(gòu)造的第三系、白堊系地層 ， 其 鉆井液礦化度在 14000~16000mg/L 之間 ， 由于鹽膏層的蠕變和礦物特征 ， 嚴(yán)重影響 著 固井施工的安全和固井質(zhì)量。于1978 年和 1986 年又相繼發(fā)明了羥基羧酸分散劑和降失水劑，以調(diào)節(jié)高含鹽水泥漿的性能，但過度緩凝和形成抗壓強(qiáng)度遲緩的問題并未解決。 1987 年， Drecq 將三個(gè)尺寸相同的 NaCl鹽塊沉人含鹽量不同的水泥漿中，在溫度 60℃和輕微攪動(dòng)下，經(jīng)過 60min 發(fā)現(xiàn)，除用飽和鹽水配制的水泥漿外，其它的都被明顯地溶蝕。雖然強(qiáng)度數(shù)值有些波動(dòng)，但由海水配制水泥漿不出現(xiàn)相反的影響。然而，這些外加劑會(huì)影響水泥的水化過程。如果不影響水泥漿的其他性能，調(diào)節(jié)起來就非常困難。 自 70 年代以來，人們?cè)谝恢毖芯亢褪褂酶吆}水泥漿或飽和鹽水水泥漿封固鹽 層，以抑制或防止鹽巖的溶解。離子的擴(kuò)散速度將取決于水泥漿和地層之間的含鹽量差和滲透率。由圖 12 還可看出，其分散劑除了起很大的緩凝作用外，它的凝固特性與僅含降失水劑的水泥漿 A并沒有根本性的區(qū)別。幾乎可以肯定， 使用低含鹽水泥漿固井要比飽和鹽水水泥漿好得多。在常壓稠化儀中攪拌， 1h 后額外的鹽就溶解而進(jìn)入水泥漿中。 據(jù)介紹， 1982 年北科達(dá)他州小刀油田，用 KCl 油包水乳化鉆井液和經(jīng) KCl 強(qiáng)化并進(jìn)行失水控制的水泥漿來代替過去的飽和鹽水鉆井液和水泥漿。而加入 5%的 NaCl之后，在注水泥過程中，溶解進(jìn)入的鹽，僅僅造成這種水泥漿緩凝或保持原稠化時(shí)間不變，益于施工，但是一定要使用飽和鹽水基的前置液。但也有人認(rèn)為，鹽巖被水泥漿溶解后，鹽層被沖蝕，水泥漿含鹽量增高，這些鹽與某些外加劑（特別是降失水劑）相遇，要引起 水泥漿流變參數(shù)的顯著改變。據(jù)介紹，這種水泥漿已成功地應(yīng)用于 Williston 盆地，沒有發(fā)現(xiàn)套管擠毀現(xiàn)象。并充分地控制失水（使水泥漿進(jìn)入地層的濾液達(dá)到最?。?，且不要過度分散，以最大限度地減少游離水侵入。 然 而鹽就能改善水泥與水敏性砂巖、頁(yè)巖層的膠結(jié)強(qiáng)度，阻止流體進(jìn)入頁(yè)巖地層。當(dāng)然，食鹽也可以作外加劑調(diào)節(jié)稠化時(shí)間、增加水泥漿密度和改善流動(dòng)性能等。結(jié)果顯示，水泥漿自身含鹽量是影響水泥石強(qiáng)度的主要因素，外來源鹽對(duì)強(qiáng)度影響甚微。 論文題目 高密度含鹽水泥漿體系抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律研究 研究生姓名 導(dǎo)師姓名 學(xué)科專業(yè) 油氣井工程 研究方向 油氣井固井與完井 i 摘 要 隨著勘探和鉆井技術(shù)的飛速發(fā)展，深井泥巖、頁(yè)巖 、鹽層地層固井 越來越多 ，也遇到了 固此類井所帶來的 問題 ，從而影響固井質(zhì)量。 通過對(duì)常規(guī)加重劑與特殊加重劑抗壓強(qiáng)度規(guī)律的比較，說明能夠配制超高密度 g/cm3 以上的 密度 為 g/cm3 的 特殊 加重劑 性能 比 常規(guī)加重劑 要好 。另外，在淡水貴如油的地 方 ，如海洋，還可以配制水泥漿，降低固井成本。 對(duì)粘土地層，在試驗(yàn)了浸入不同含鹽量水泥漿之后，從外觀的完整性發(fā)現(xiàn)，飽和鹽水配制的水泥漿與含有蒙脫石、伊 利 石和綠泥石的地層最配伍。據(jù)介紹，使用 10%— 15%（ BWOW）氯化鈉或 3%— 55%（ BWOW）氯化鉀水泥漿，并加有 %— %（ BWOC）纖維素類降失水劑，對(duì)穩(wěn)定水敏性頁(yè)巖地層或粘土層有明顯效果 。而用飽和鹽水配制的水泥漿，事故率 為 20%。而且，鹽巖溶解后進(jìn)入非飽和鹽水水泥漿 這個(gè)過程，即使在初凝之后、仍然繼續(xù)進(jìn)行。還應(yīng)該注意的是，如果該地區(qū)的鹽巖蠕動(dòng)不足以閉合初凝后由于鹽的溶解而造成的微環(huán)隙，應(yīng)考慮使用飽和鹽水水泥漿。 1984 年報(bào)道，采用上述措施后，已解決了該油田曾發(fā)生的套管損害問題。之所以選擇 5%作為初始含鹽量，旨在防止鹽產(chǎn)生進(jìn)一步的促凝影響。當(dāng)需要水泥強(qiáng)度迅速增加來保護(hù)套管免遭塑性鹽層擠毀時(shí)，這個(gè)結(jié)果就顯得非常重要。而且水泥漿 B的稠化時(shí)間比半靜態(tài) CEMSET 凝固時(shí)間短得多。 1987 年， Drecq 將三個(gè)尺寸相同的 NaCl鹽塊沉人含鹽量不同的水泥漿中，在溫度 60℃和輕微攪動(dòng)下，經(jīng)過 60min 發(fā)現(xiàn)，除 飽和鹽水配制的水泥漿外， 其它的都 被明顯地溶蝕。保護(hù)地層完整，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)度，防止套管被擠壓變形。 ④如果不用抗鹽降失水劑，失水就難以控制。 原中國(guó)石油天然氣總公司頒布的“ 固 井技術(shù)規(guī)定”中，對(duì)鹽巖層固井作了如下規(guī)定，凡有較厚層的鹽巖層、鉀鹽層或石膏鹽層固井應(yīng)做到； ①配漿水加鹽量至飽和，達(dá)到結(jié)晶鹽開始沉降，其密 度在 ； ②控制飽和鹽水水泥漿密度在 g/cm3 之間； ③飽和鹽水水泥漿注水泥，宜使用油基隔離液，而水泥漿返高至少超過鹽巖層頂部150200m。并且在海水中養(yǎng)護(hù)的試件比淡水中有較高的強(qiáng)度發(fā)展。這說明低排量未必能 防止大量的鹽溶解。 國(guó)內(nèi) 研究現(xiàn)狀 我國(guó)的膏鹽層主要分布在江漢油田、中原油田、勝利油田、華北油田、四川盆地、柴達(dá)木盆地及塔里木盆地等地區(qū)的第三系、二疊系、三疊系、白堊系、石炭系及寒武系 [37]。 從 1997 到 1999 年 間 ， 該地區(qū)固井施工成功率 只有 %。 在中低溫條件下研究鹽水水泥漿的強(qiáng)度變化迫在眉睫。 研究的技術(shù)路線及思路 本文自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，對(duì)含鹽濃度、養(yǎng)護(hù)溫度、 內(nèi)摻鹽與外部鹽影響 等因素進(jìn)行研究分析，找出 各種因素對(duì)高密度 水泥石抗壓強(qiáng)度發(fā)展的影響 。 針對(duì)目前大量所使用的不同含鹽量的水泥漿，本文著重對(duì)淡水、 5%、 10%、 18%及飽和鹽水水泥漿 進(jìn)行 抗壓強(qiáng)度規(guī)律研究 。含 5%鹽的水泥漿抗壓強(qiáng)度 2天達(dá)到峰值 MPa，強(qiáng)度增長(zhǎng)速度為 、 強(qiáng)度最低值為 。淡水水泥漿抗壓強(qiáng)度 14 天達(dá)到峰值， 強(qiáng)度增長(zhǎng)速度為 、強(qiáng)度最低值為 MPa。 將用重晶石配制好的淡水、含 5%鹽量、含 10%鹽量、含 18%鹽量及飽和鹽水的水泥漿進(jìn)行90℃水浴養(yǎng)護(hù)，測(cè)其抗壓強(qiáng) 度如表 23。 比較可得，含 5%鹽的水泥漿抗壓強(qiáng)度發(fā)展速度最快，飽和鹽水水泥漿各階段的抗壓強(qiáng)度都較其它水泥漿低。飽和鹽水水泥漿抗壓強(qiáng)度 35 天達(dá)到峰值 ，強(qiáng)度增長(zhǎng)速度為 、強(qiáng)度最低值 為 。 兩種狀態(tài)的 氯離子同時(shí)存在 于水泥石中， 保持 著 化學(xué)平衡。普通硅酸鹽水泥主要由 :Si02， A1203，CaO， Fe2O3， S03 這 5種成分所組成 。 3CaCl2 32H2O (23) C3A+3CaC12+10H20→ 3CaO 3H2O]。m，分部 較密集，可明顯辨別 (如圖 2 2 27) [15]。 因此，當(dāng)氯化鈉被 引入 之后 ，孔溶液中的 pH 值 就 會(huì)升高。 Cl離子也 可以置換出 C4AH13 內(nèi)層的氫氧根，生成 F 鹽。 水泥受到氯離子的腐蝕時(shí) ， 就會(huì)有 F鹽生成， 從而導(dǎo)致水泥石的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生 相應(yīng)的 改變 。 （ 2）淡水、含鹽 5%、含鹽 10%的水泥漿較含鹽 18%和飽和鹽水水泥漿有很快的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速度，且強(qiáng)度峰值和最低抗壓強(qiáng)度也相對(duì)較高。 表 25 130℃不同含鹽量抗壓強(qiáng)度 時(shí) 間（ D） 強(qiáng) 度（ Mpa) 1 7 14 21 28 淡 水 含 5% 鹽 含 10% 鹽 含 18% 鹽 飽和鹽水 為便于分析研究，將表 25 中 1 到 28 天抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律表示成曲線繪于圖 212中。 將表 2 22 及 25 的數(shù)據(jù)繪于圖 213 中，圖為不同溫度、不同時(shí) 間、不同含鹽量水泥漿抗壓強(qiáng)度三維曲線圖。 綜上所述，高溫對(duì)未加砂水泥漿的抗壓強(qiáng)度影響很大，其抗壓強(qiáng)度有較大幅度衰退。 05101520250 10 20 30時(shí)間（D）抗壓強(qiáng)度（MPa）淡水含鹽5%含鹽10%含鹽18%含鹽36% 圖 214 130℃不同含鹽量加砂水泥漿抗壓強(qiáng)度趨勢(shì)圖 從圖 214 中，可以清晰地看出：淡水水泥漿抗壓強(qiáng)度一直處于遞增狀態(tài)第 28 天強(qiáng)度值為。 加砂水泥漿與無加砂水泥漿相比，加砂對(duì)淡水水泥漿抗壓強(qiáng)度有很好的提高；對(duì)含鹽水泥漿抗壓強(qiáng)度也有一定的改善作用，后期強(qiáng)度值較高。 在加砂情況下， 130℃養(yǎng)護(hù)的水泥石的抗壓強(qiáng)度有一定的改善。 小 結(jié) （ 1）高溫 130℃對(duì)未加砂水泥漿的抗壓強(qiáng)度影響很大，其抗壓強(qiáng)度有較大幅度衰退。因此，本章實(shí)驗(yàn)以飽和鹽水浸泡水泥石來模擬水泥環(huán)在鹽層中的情況，從而研究其西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 21 抗壓強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律。含 10%鹽的水泥漿抗壓強(qiáng)度 7 天達(dá)到峰值 MPa，強(qiáng)度增長(zhǎng)速度為 、強(qiáng)度最低值為 ；其抗壓強(qiáng)度至降低之高密度含鹽水泥漿體系抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律研究 22 后維持了較長(zhǎng)時(shí)間。 水泥漿配方： 350gG 級(jí)水泥 +200ml溶液 +115g鐵礦粉 +2%G33S 將用鐵礦粉配制好的淡水、含 5%鹽量、含 10%鹽量、含 18%鹽量及飽和鹽水的水泥漿進(jìn)行90℃水浴養(yǎng)護(hù)，待起強(qiáng)度之后將其置于淡水中，測(cè)其抗壓強(qiáng)度如表 31。 比較可得，淡水水泥漿抗壓強(qiáng)度發(fā)展速度最快。含 5%鹽的水泥漿抗壓強(qiáng)度 28 天達(dá)到峰值 MPa，強(qiáng)度增長(zhǎng)速度為 、強(qiáng)度最低值為 。用淡水浸泡水泥石研究其抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律。 表 34 90℃淡水浸泡下不同含鹽量（重晶石）水泥石抗壓強(qiáng)度 時(shí) 間（ D） 強(qiáng) 度（ Mpa) 1 7 14 21 28 淡 水 含 5% 鹽 含 10% 鹽 含 18% 鹽 飽和鹽水 為便于分析研究，將表 34 中 1 到 28 天抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律表示成曲線繪于圖 35中。含 18%鹽的水泥漿抗壓強(qiáng)度 28天達(dá)到峰值 MPa，強(qiáng)度增長(zhǎng)速度為 、強(qiáng)度最低值為 。結(jié)果顯示，在淡水浸泡下，不同含鹽量的水泥漿抗壓強(qiáng)度略有降低。 05101520250 10 20 30時(shí)間（D）抗壓強(qiáng)度（MPa）淡水水泥石含5%鹽水泥石含10%鹽水泥石含18%鹽水泥石含36%鹽水泥石 圖 33 90℃淡水浸泡下含不同鹽量水泥石（鐵礦粉）抗壓強(qiáng)度 從圖 33 中，可以清晰地看出：隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，不同含鹽量水泥漿的抗壓強(qiáng)度都有一個(gè)上升過程然后逐漸降低。飽和鹽水水泥漿抗壓強(qiáng)度 14 天達(dá) 到峰值 ，強(qiáng)度增長(zhǎng)速度為 、強(qiáng)度最低值為 。 鐵礦粉加重 飽和鹽水浸泡 在巨厚的鹽層段，由于水泥漿的溶鹽作用隨著井深的增 加水泥漿中的含鹽量也逐漸增大。 （ 2）在高溫 130℃條件下，加砂對(duì)淡水水泥漿抗壓強(qiáng)度有很好的提高；對(duì)含鹽水泥漿抗壓強(qiáng)度也有一定的改善作用，后期強(qiáng)度值較高。將硅酸鹽與 硅砂的水化反應(yīng)過程可以概括為以下過程： {[C3S， C2S]+H+S} {CSH， CH， S} {CSH， C2SH2， CH， S} {C5S6H5， C2SH， CH} （ 3） 從圖 214 展示含鹽的水泥漿抗壓強(qiáng)度都在第 14 天到 21 天之間有不同程度的降低現(xiàn)象，其降低幅度按照含鹽濃度遞增。 H2O]。含 10%鹽的水泥漿抗壓強(qiáng)度先逐漸增大，在第 14 天到 21天之間強(qiáng)度降低 后又迅速增加，第 28 天抗壓強(qiáng)度值為 MPa。飽和鹽水水泥漿在高溫養(yǎng)護(hù)下，抗壓強(qiáng)度衰退最為劇烈。其方法為：在相同含鹽量情況下，比較第 1 天、峰值、第 28 天的抗強(qiáng)度隨溫度的變化情況。含 5%鹽的水泥漿抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸減小， 28 天的