【正文】 值 為 。含 10%鹽的水泥漿抗壓強(qiáng)度 28 天達(dá)到峰值 MPa，強(qiáng)度增長速度為 、強(qiáng)度最低值為 。淡水水泥漿抗壓強(qiáng)度 28 天達(dá)到峰值 ， 強(qiáng)度增長速度為、強(qiáng)度最低值為 MPa。 表 24 50℃不同含鹽量（重晶石）水泥漿抗壓強(qiáng)度 時 間（ D） 強(qiáng) 度（ Mpa) 1 2 7 14 21 28 35 42 淡 水 高密度含鹽水泥漿體系抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律研究 12 含 5% 鹽 含 10% 鹽 含 18% 鹽 12 飽和鹽水 0 其水泥漿配方為： 350gG 級水泥 +200ml 溶液 +140g重晶石 +2%G33S 為便于分析研究，將表 24 中 1 到 42 天抗壓強(qiáng)度隨時間的變化規(guī)律表示成曲線繪于圖 24中。 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。含 18%鹽的水泥漿抗壓強(qiáng)度 28天達(dá)到峰值 MPa，強(qiáng)度增長速度為 、強(qiáng)度最低值為 。含 5%鹽的水泥漿抗壓強(qiáng)度 7 天達(dá)到峰值 24. 6 MPa，強(qiáng)度增長速度為 、強(qiáng)度最低值為 。 0510152025300 10 20 30 40時間（D）抗壓強(qiáng)度（MPa）淡水含5%鹽含10%鹽含18%鹽含36%鹽 圖 23 90℃不同含鹽量（重晶石）水泥漿抗壓強(qiáng)度 變化規(guī)律 從圖 23 中，可以清晰地看出： 隨著時間的延長，不同含鹽量水泥漿的抗壓強(qiáng)度都有一個上升過程，然后逐漸降低。 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)，測其抗壓強(qiáng) 度如表 23。 重晶石 配 為了解加重劑的類型是否對水泥石的抗壓強(qiáng)度存在一定的影響。飽和 鹽水水泥漿抗壓強(qiáng)度 14 天達(dá)到峰值 ，強(qiáng)度增長速度為 、強(qiáng)度最低值為 。含10%鹽的水泥漿抗壓強(qiáng)度 28 天達(dá)到峰值 MPa，強(qiáng)度增長速度為 、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)度增長速度為 、強(qiáng)度最低值為 MPa。 表 22 50℃不同含鹽量（鐵礦粉）水泥漿抗壓強(qiáng)度 時 間（ D） 強(qiáng) 度（ Mpa) 1 2 7 14 21 28 35 42 淡 水 含 5% 鹽 高密度含鹽水泥漿體系抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律研究 10 含 10% 鹽 15 含 18% 鹽 飽和鹽水 0 為便于分析研究，將表 22 中 1 到 42 天抗壓強(qiáng)度隨時間的變化規(guī)律表示成曲線繪于圖 22中。 比較可得，含 5%鹽的水泥漿抗壓強(qiáng)度發(fā)展速度最快，飽和鹽水水泥漿抗壓強(qiáng)度發(fā)展速度最慢且各項(xiàng)指標(biāo)都低于其他含鹽量水泥漿。含 18%鹽的水泥漿抗壓強(qiáng)度 7 天達(dá)到峰值 MPa，強(qiáng)度增長速度為、強(qiáng)度最低值為 。含 5%鹽的水泥漿抗壓強(qiáng)度 2天達(dá)到峰值 MPa，強(qiáng)度增長速度為 、 強(qiáng)度最低值為 。 051015202530350 10 20 30 40時間（D）抗壓強(qiáng)度（MPa）淡水含5%鹽含10%鹽含18%鹽含36%鹽 圖 21 90℃不同含鹽量（鐵礦粉）水泥漿抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律 從圖 21 中，可以清晰地看出 ：隨著時間的延長，不同含鹽量水泥漿的抗壓強(qiáng)度都有一個上升過程，然后逐漸 降低，養(yǎng)護(hù) 20 天過后抗壓強(qiáng)度值較穩(wěn)定。 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)，測其抗壓強(qiáng)度如表 21。 鹽濃度對中低溫高密度水泥石抗壓強(qiáng)度的影響 鐵礦粉 配 研究采取單一變量的原則， 在相同水泥量、相同加重劑量、相同外加劑量的情況下，只改變水中含鹽量的高低 來 分析和比較固化后的抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律。 針對目前大量所使用的不同含鹽量的水泥漿，本文著重對淡水、 5%、 10%、 18%及飽和鹽水水泥漿 進(jìn)行 抗壓強(qiáng)度規(guī)律研究 。國外出現(xiàn)了 CMHEC 聚乙烯胺與有機(jī)磺酸鹽、 N， N 二甲基丙烯酰胺、芳香聚合物、聚笨乙烯磺酸鈉、苯乙烯磺酸鈉與順丁烯二酸共聚物鹽、聚乙烯胺、聚乙烯多胺、 HEC 做飽和鹽水水泥漿外加劑專利等，上述外加劑大大改變了飽和鹽水水泥漿的性能 ， 有些在固井中已取得成功。使用低、中含鹽水泥漿封固 鹽巖層，水泥漿性能能控制，井壁也能維持穩(wěn)定，外加劑選擇相對容易。 圖 14 研究的技術(shù)路線及思路結(jié)構(gòu)圖 高密度含鹽水泥漿體系抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律研究 8 第 2 章 鹽濃度對高密度水泥石抗壓強(qiáng)度的影響 從目前情況看，國內(nèi)外對純鹽層、鹽水層、鹽膏層的固井比較重視，所做的研究工作也比較多 ， 取得了較大的進(jìn)展和成果。 研究的技術(shù)路線及思路 本文自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)，對含鹽濃度、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 各種因素對高密度 水泥石抗壓強(qiáng)度發(fā)展的影響 。 （ 2）通過不同鹽濃度水泥石在鹽水浸泡下抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律， 了解外部因素是否對水泥石的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生影響。針對以上疑問、問題和難點(diǎn)， 應(yīng)當(dāng) 對高密度含鹽水泥漿抗壓強(qiáng)度做大量研究，以解答所提出的問題和解決工程中存在的難題 。然而，對于外部鹽影響含鹽水泥石的強(qiáng)度研究相對較少。 在中低溫條件下研究鹽水水泥漿的強(qiáng)度變化迫在眉睫。 經(jīng)調(diào)研資料發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)對深層鹽層固井已經(jīng)做了大量的工作，取得了很大的成績。同時，給固井工程師也帶來很大困惑，面對不同含鹽量的水泥漿無從選擇； 無法 真正 解釋 用 鹽水水泥漿 是否能提高該 井段固井質(zhì)量。 通過調(diào)研發(fā)現(xiàn) ， 國內(nèi)的鹽層固井技術(shù)和國外的鹽層固井技術(shù)差不多走了相同的 路線 ， 前期 都主要采取飽和鹽水水泥漿固井 ， 但是 逐步認(rèn)識到飽和鹽水水泥漿的缺點(diǎn)后 ， 開始 采用半飽和鹽水水泥漿 和 低含鹽水泥漿體系。 從 1997 到 1999 年 間 ， 該地區(qū)固井施工成功率 只有 %。半飽和鹽水水泥漿的優(yōu)點(diǎn) 有 ： 能 夠得到穩(wěn)定的稠化時間 ， 早期抗壓強(qiáng)度 較 高 ， 容易與水泥混合 ， 水泥漿流變性 也 易于控制 ， 可以 抑制 泥 巖水化膨脹 使 井壁 不易 坍塌。鹽層厚薄不均 ， 薄的不 到 ， 厚的達(dá)到 84m；埋藏深度 也 不等 ， 淺的僅 200m， 深的達(dá) 5039m， 累計厚度 有 1800m 以上。 這里 以兩個 油田為例來分別論述 ： 1 江漢油田鹽層固井技術(shù) [37] 江漢油田屬于內(nèi)陸鹽湖沉積相斷塊油田 ， 潛江凹陷鹽巖 的 分布面積達(dá) 200km2。 國內(nèi) 研究現(xiàn)狀 我國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]。保護(hù)地層完整，并在適當(dāng)?shù)臅r間內(nèi) 產(chǎn)生強(qiáng)度，防止套管被擠壓變形。據(jù)報道，這些水泥漿體系在世界不同地區(qū)已應(yīng)用成功，其配方也獲有專利權(quán)。 1988 年， Rae 和 Brown 等人介紹了幾種含有 30%NaCl 的水泥漿體系。這說明低排量未必能 防止大量的鹽溶解。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。 1982 年， Ford 等人提出一種折衷的方法，即采用 18%(BWOW)NaCl 半飽和鹽水水泥漿體系，并對套管施加拉應(yīng)力來提高固井施工的成功率。結(jié)果表明，在 38℃下，淡水水泥漿 48h 的剪切固結(jié)強(qiáng)度是 。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。在 65℃和常壓下分別用海水和淡水養(yǎng)護(hù)。介紹如下 ： Smith 等人 (1982)還研究了海水水泥的長期強(qiáng)度。另外，就是鹽層厚度大于 1500m 的井段也應(yīng)考慮使用飽和鹽水水泥漿。 原中國石油天然氣總公司頒布的“ 固 井技術(shù)規(guī)定”中，對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。 ⑧含鹽水泥漿往往含有一種或多種外加劑，以改善它們自身的特性，適應(yīng)注水泥施工的需要。結(jié)果水泥石強(qiáng)度將會顯著降低。 ⑥高含鹽水泥漿與某些地層不相容，比如堿金屬要與二氧化硅發(fā)生反應(yīng)，生成可膨脹的堿性硅酸鹽，從而破壞地層，甚至破壞水泥本身。 ④如果不用抗鹽降失水劑，失水就難以控制。 ③水泥漿的流變性能與最佳狀態(tài)相差甚遠(yuǎn)。 ①在有鹽的情況下，許多外加劑的特性明顯降低，從而導(dǎo)致外加劑用量增加，成本升高或水泥漿特性變差。總起來說，這類水泥漿具有如下優(yōu)點(diǎn)： ① 減少了水泥的某些化學(xué)成分使它出現(xiàn)異常凝固效應(yīng)的可能性； ②最大限度地減少了水泥漿凝固時，氣體在水泥中的運(yùn)移，即氣竄； ③減少了水泥石的體積收縮率（在高含鹽時，甚至發(fā)生高溫膨脹）； ④由于它的水泥石滲透率較小，更不易遭受化學(xué)侵害。保護(hù)地層完整，并在適當(dāng)?shù)臅r間內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)度，防止套管被擠壓變形。據(jù)報道，這些水泥漿體系在世界不同地區(qū)已應(yīng)用成功，其配方也獲有專利權(quán)。 1988 年， Roe 和 Brown 等人介紹了幾種含有 30%NaCl 的水泥漿體系。 此外， Rac 和 Broun（ 1988 年）發(fā)現(xiàn)，被只 有 10%的鹽污染的淡水水泥漿，其稠化時間縮短30%，粘度提高 100%，而失水量提高近 500%。 1987 年， Drecq 將三個尺寸相同的 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。 無論是無鹽水泥漿或是低含鹽水泥漿，只能提高其初期效果，考慮到離子不平衡問題，最終還會產(chǎn)生水泥失效。從圖還可看出，只 含 降失水劑的水泥漿 A，在低濃度下沒有促凝作用。但是最后，當(dāng)水化開始時，它的影響就微不足道了。而且水泥漿 B的稠化時間比半靜態(tài) CEMSET 凝固時間短得多。 我們知道，含有降 失 水劑和分散劑的水泥漿 B 是經(jīng)常用來封固鹽巖層和滲透性地層的。從這兩個圖的曲線中可以看出，無論是水泥漿 A 或是水泥漿 B，兩條凝固曲線之間的垂直距離在試驗(yàn)精度范圍之內(nèi)是恒定的，這說明第二個水化階段不受含鹽量的影響。將水泥漿 A 和水泥漿 B分別按 CEMSET 試驗(yàn)和 API 規(guī)范測出初凝時間、終凝時間和稠化時間隨含鹽量的變化情況。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，這個結(jié)果就顯得非常重要。就強(qiáng)度形成而論，用低含鹽量水泥漿固井存在著一個優(yōu)點(diǎn)，那就是 水泥漿能夠承受鹽巖污染。從圖中可以看出，含有 5%+15%NaCl 水泥漿的初凝時間 和終凝時間幾乎不受加入鹽的影響，其終凝時間比含 20%NaCl 水泥漿的終凝時間短得多。測出稠化時間、初凝時間和終凝時間。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。采用的方法是，在最初用 5%NaCl（ BWOW）鹽水配制的水泥漿中再加入 15%（ BWOW）的 NaCl。有人認(rèn)為，使用低含鹽量水泥漿的缺點(diǎn)（例如，鹽層內(nèi)的井眼有被沖蝕的危險 ）與其優(yōu)點(diǎn)（水泥早期強(qiáng)度發(fā)展較快）相比是很次要的，因能防止套管由于塑性鹽層向井內(nèi)蠕 動 而被擠毀。而用飽和鹽水水泥漿固井，易發(fā)生套管損壞事故。 1984 年報道，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。 用含 3%KCl 和降失水劑的水泥漿與典型的含鹽水泥漿，在四種不同井底循環(huán)溫度下進(jìn)行的試驗(yàn)表明：含 3%KCl 和降失水劑的水泥漿，無論在何種溫度下，其稠化時間、失水、游離水、 8h 和 24h 抗壓強(qiáng)度、測 井結(jié)果均優(yōu)于典型的含鹽水泥漿。歐洲一些專利就明確指出，在飽和鹽水水泥漿中加入水玻璃以減少鹽的比例，甚至加入 KCl來幫助水玻璃擠出食鹽。 近來，人們已經(jīng)認(rèn)識到，高含鹽水泥漿會給油井帶來副作用。還應(yīng)該注意的是，如果該地區(qū)的鹽巖蠕動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。在用無 鹽 水泥漿時，如果要使用降失水劑 和 分散劑，寧可加入5%的 NaCl，以避免在頂替鉆井液期間溶解進(jìn)入的鹽造成水泥漿促凝。但應(yīng)在動態(tài)（ API 稠化時間）和半靜態(tài)（ CEMSET 試驗(yàn)）條件下，確定可泵時間，評價出水泥漿對剪切的敏感性，而且 還要確定后來添加的鹽（模擬水泥漿頂替鉆井液過程中鹽層溶解鹽）對水泥漿凝固特性的影響。 （ 2）塑性鹽層。而且，鹽巖溶解后進(jìn)入非飽和鹽水水泥漿 這個過程，即使在初凝之后、仍然繼續(xù)進(jìn)行。至于在注水泥過程中，由于鹽層的溶解而被稍 有擴(kuò)大井眼的井段，將由攜帶沖洗物質(zhì)的水泥漿完全充滿而就地固化 。這種水泥漿在頂替鉆井液和凝固方面的特性可能比含鹽水泥漿更好（幾家公司斷 言， 使用無鹽水高密度含鹽水泥漿體系抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律研究 2 泥漿封固鹽層能獲得較好效果）。 （ 1）使用無鹽水泥漿的可行性 。而用飽和鹽水配制的水泥漿，事故率 為 20%。 1. 不 含 鹽水泥漿 不 含 鹽水泥漿也稱無鹽水泥漿。為防止鹽層井段的井眼擴(kuò)大，保證套管恰當(dāng)?shù)鼐又校?并 有堅硬的水泥環(huán)封固整個鹽層。這是由于鹽巖的