【正文】 NaCl。而加入 5%的 NaCl之后，在注水泥過程中，溶解進入的鹽，僅僅造成這種水泥漿緩凝或保持原稠化時間不變，益于施工，但是一定要使用飽和鹽水基的前置液。 （ 4）使用 3%的 KCl。因此，它的應(yīng)用越來越少，甚至完全不使用。 Western 公司在注水泥手冊中，就明確提出，穿過鹽層注水泥宜采用加入 3%KCI（ BWOW）和纖維素降失水劑的水泥漿。 據(jù)介紹， 1982 年北科達他州小刀油田，用 KCl 油包水乳化鉆井液和經(jīng) KCl 強化并進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?？傊?，采用加有 KCl 和降失水劑的水泥漿以后，絕大多數(shù)鹽層井段水泥膠結(jié)均為優(yōu)等。 2. 低含鹽水泥漿 如果使用低于飽和濃度的含鹽水泥漿封固鹽層，就會溶解鹽層中的鹽。 西南石油大學碩士研究生學位論文 3 圖 11 氯化鈉對純水泥凝固特性的影響 在這項研究中，模擬了水泥漿頂替鉆井液時，鹽巖溶解進入水泥漿的過程。在常壓稠化儀中攪拌， 1h 后額外的鹽就溶解而進入水泥漿中。在加了額外的鹽之后。圖 11 就對比了這三種水泥漿 的凝固時間：含 5%NaCl 水泥漿；含 5%+15%NaCl 水泥漿；含 20%NaCl 水泥漿。因 圖 12 氯化鈉對含有一種降失水劑 圖 13 氯化鈉對含有降失水劑和分 的 G 級水泥 漿稠 化 時間的影響 散劑的 G 級水泥漿稠化時間的影響 此，當鹽在后期溶解在水泥漿中時，能顯著地減少鹽的緩 凝作用。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。 表 11 水泥漿 A 和水泥漿 B 的組成 組分 類型 濃度 水泥漿 A： 水泥 水 API G 級 消除離子水 44% BWOC 高密度含鹽水泥漿體系抗壓強度發(fā)展規(guī)律研究 4 降失水劑 鹽 HEC NaCl %BWOC 020%BWOW 水泥漿 B： 水泥 水 降失水劑 分散劑 鹽 API G 級 消除離子水 HEC 萘磺酸 NaCl 44% BWOC %BWOC %BWOC 020%BWOW 對于含有一種降失水劑和分散劑的水泥漿，其組成如表 11 所示。其試驗結(jié)果：水泥漿 A繪在圖 12 中；而水泥漿 B 繪在圖 13中。而且，水泥漿 A 在含鹽量超 過 12%、水泥漿 B 超過 10%時、初凝時間和終凝時間開始急劇增加。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。顯然，在半靜態(tài)條件下，鹽能有效地幫助降失水劑和分散劑延遲初凝。高濃度鹽的緩凝作用比稠化時間更顯著，低濃度的促凝作用卻沒有稠化時間明顯。 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。離子的擴散速度將取決于水泥漿和地層之間的含鹽量差和滲透率。這說明低排量未必能防止大量的鹽溶解。 3. 高含鹽水泥漿 含有 18%NaCl（ BWOW）以上的水泥漿，包括飽和鹽水水泥漿和過飽和鹽水水泥漿，統(tǒng)稱高含鹽水泥漿體系。它們不但具有良好的流變學性質(zhì)，更重要的是還具有適當?shù)某砘瘯r間和抗壓強度。 自 70 年代以來，人們在一直研究和使用高含鹽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。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度遲緩的問題并未解決。 西南石油大學碩士研究生學位論文 5 然而，使用高含鹽水泥漿同 樣存在一些不足之處 。 ②水泥漿的凝固時間大大推遲，稠化時間難以調(diào)節(jié)，特別是在加有降失水劑和降摩阻劑的情況下。如果不影響水泥漿的其他性能，調(diào)節(jié)起來就非常困難。 ⑤當養(yǎng)護壓力增加時，抗壓強度急劇下降。此外，高含鹽水泥 石接觸含鹽量較小的地層水時，水泥石中要出現(xiàn)很高的滲透壓力。 ⑦在可塑性很強的鹽層（例如水氯鎂石和雜鹽）中，抗壓強度的延遲形成能使鹽巖長時間地侵入井眼，可能導(dǎo)致套管受力不均，最終造成套管損壞。然而，這些外加劑會影響水泥的水化過程。 有人主張，飽和鹽水水泥漿只有在下面這種情況下才使用：據(jù)當?shù)匮芯拷Y(jié)果表明，在水泥漿頂替鉆井液后，關(guān)鍵井段內(nèi)的鹽巖蠕變速率不足以在適當時間內(nèi)閉合由于水泥漿溶解鹽巖而造成的微環(huán)隙。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外 研究現(xiàn)狀 關(guān)于鹽水水泥漿的研究 ， 不同的學者分別對其性能測試及外加劑研制作了大量工作。試驗用 A 級水泥，用標準海水配漿，密度為 。雖然強度數(shù)值有些波動，但由海水配制水泥漿不出現(xiàn)相反的影響。 另外， Smith 還研究比較了海水水泥漿和談水水泥漿的剪切固結(jié)強度。若用 Sable 島海水配漿，在同樣的條件下，其剪切固結(jié)強 度是 。 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。 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)，除用飽和鹽水配制的水泥漿外，其它的都被明顯地溶蝕。 此外， Rae 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%，高密度含鹽水泥漿體系抗壓強度發(fā)展規(guī)律研究 6 粘度提高 100%，而失水量提高了近 500%。它們不但具有良 好 的流變學性質(zhì)，更重要的是還具有適當?shù)某砘瘯r間和抗壓強度。 自 70 年代以來，人們在一直研究和使用高含鹽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。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度遲緩的問題并未解決。 國內(nèi)固井工作者為提高鹽層的固井質(zhì)量 ， 做了大量工作 ， 經(jīng)過近三十余年的不斷探索及經(jīng)驗積累 ， 取得了很大進步 ， 基本形成了適應(yīng)不同鹽層的固井技術(shù)及水泥漿體系。下第三系荊河鎮(zhèn)組和潛江組一段上部泥巖里 鈣芒硝的含量占 20%， 潛江組內(nèi)從潛一段到潛四段 ， 都有鹽層 ， 特別 以潛二段和潛四段最為發(fā)育。 鹽層固井 水泥漿體系 ： 經(jīng)過實踐 ， 該油田 從 1984 年開始選用半飽和鹽水水泥漿固井 （ 含鹽 16%~18%） 。 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 ， 嚴重影響 著 固井施工的安全和固井質(zhì)量。經(jīng)過不斷實踐和 經(jīng)驗積累 ， 采用分散體系基本解決了鹽層固井難題 ， 該體系的漿體流動性好 ， 配漿均勻 ，水泥漿密度 調(diào)控 范圍大 ， 能 夠 滿足鹽膏層固井施工要求。 研究內(nèi)容 隨著鹽水水泥漿在泥巖、頁巖、鹽巖地層的大量應(yīng)用，給固井 質(zhì)量的提高帶來了希望。 因此，有必要 對不同含鹽量的水泥漿抗壓強度作一定研究，弄清強度變化規(guī)律，為現(xiàn)場鹽水 水泥漿鹽含量的選擇提供便利。但是，對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。 針對鹽水水泥漿自身性能的優(yōu)化與改善，各大公司和很多學者都做了大量的室內(nèi)研究 。除此之外， 目前沒有相關(guān)文章研究鹽對加西南石油大學碩士研究生學位論文 7 重劑 是否存在 影響 。 確定論文的研究內(nèi)容如下： （ 1）研究不同鹽濃度對高密度水泥石抗壓強度的影響規(guī)律，為高密度鹽水水泥漿體系設(shè)計提供理論支撐和技術(shù)支持。 （ 3）研究不同加重劑配制高密度鹽水水泥石后期抗壓強度的變化規(guī)律，了解加重劑在鹽水環(huán)境下是否會發(fā)生機械性能的變化 ，從而影響水泥石的抗壓強度。在研究的基礎(chǔ)之上， 考察加重劑對高密度水泥石抗壓強度的影響規(guī)律 ，并根據(jù)結(jié)果對加重劑采取一定的技術(shù)措施，以使高密度含鹽水泥石抗壓強度能穩(wěn)定發(fā)展。 對鹽巖層固井水泥漿配方設(shè)計，國際上一直存在個同的觀點，即使用低含鹽或中等含鹽或飽和鹽水水泥漿。使用飽和鹽水水泥漿施工、配漿較為復(fù)雜，但成功實例也多。 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，多數(shù)井采用 5%、 10%、18%的鹽水進行固井，少數(shù)采用飽和鹽水固井，都取得了較好 的固井效果 [3]。同時，從研究的規(guī)律中發(fā)現(xiàn)和分析鹽對加重劑是否存在影響及其影響程度。 水泥漿配方： 350gG 級水泥 +200ml溶液 +115g鐵礦粉 +2%G33S 其配漿水按量筒量取 相同 體積 ，含鹽量 則 按水的質(zhì)量計算。 表 21 90℃不同含鹽量（鐵礦粉）水泥漿抗壓強度 時 間（ D） 強 度（ Mpa) 1 2 7 14 21 28 35 100% 含鹽量 = 溶液中鹽的質(zhì)量 溶液中水的質(zhì)量 西南石油大學碩士研究生學位論文 9 淡 水 含 5% 鹽 含 10% 鹽 含 18% 鹽 飽和鹽水 為便于分析研究 ， 將 表 21 中 1 到 35 天抗壓強度 隨時間的變化規(guī)律表示成 曲線 繪于 圖 21中。 淡水水泥漿抗壓強度 14 天達到峰值 ， 強度增長速度為 、強度 最低值為 MPa。 含10%鹽的水泥漿抗壓強度 7 天達到峰值 MPa，強度增長速度為 、強度最低值為 。 飽和鹽水水泥漿抗壓強度 14 天達到峰值 ，強度增長速度為 、強度最低值為 。 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行50℃水浴養(yǎng)護，測其抗壓強 度如表 22。 0510152025300 10 20 30 40 50時間（D）抗壓強度（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）水泥漿抗壓強度變化規(guī)律 從圖 22 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度都有一個上升過程，然后逐漸降低 ，抗壓強度值 處于平穩(wěn)狀態(tài) 。含 5%鹽的水泥漿抗壓強度 14 天達到峰值 MPa，強度增長速度為 、強度最低值為 。含 18%鹽的水泥漿抗壓強度 28 天達到峰值 MPa，強度增長速度為、強度最低值為 。 比較可得，含 5%鹽的水泥漿 和淡水水泥漿 抗壓強度發(fā)展速度最快，飽和鹽水水泥漿 各階段的 抗壓強度 都較其它水泥漿低 。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。 水泥漿配方： 350gG 級水泥 +200ml溶液 +140g重晶石 +2%G33S 表 23 90℃不同含鹽量（重晶石）水泥漿抗壓強度 西南石油大學碩士研究生學位論文 11 時 間（ D） 強 度（ Mpa) 1 2 7 14 21 28 35 淡 水 含 5% 鹽 含 10% 鹽 含 18% 鹽 飽和鹽水 為便于分析研究，將表 23 中 1 到 35 天抗壓強度隨時間的變化規(guī)律表示成曲線繪于圖 23中。淡水水泥漿抗壓強度 7 天達到峰值 ， 強度增長速度為、強度最低值為 MPa。含 10%鹽的水泥漿抗壓強度 7 天達到峰值 MPa，強度增長速度為 、強度最低值為 。飽和鹽水水泥漿抗壓強度 14 天達到峰值 ，強度增長速度為 、強度最低值為 。 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行50℃水浴養(yǎng)護，測其抗壓強度如表 24。 0510152025300 20 40 60時間（D）抗壓強度（MPa）淡水含5%鹽含10%鹽含18%鹽含36%鹽 圖 24 50℃不同含鹽量（重晶石）水泥漿抗壓強度變化規(guī)律 從圖 24 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度都有一個上升過程，然后逐漸降低。含 5%鹽的水泥漿抗壓強度 14 天達到峰值 MPa，強度增長速度為 、強度最低值為 。含 18%鹽的水泥漿抗壓強度 14天達到峰值 MPa，強度增長速度為 、強度最低值為 。 比較可得，含 5%鹽的水泥漿 和含 18%鹽的水泥漿 抗壓強度發(fā)展速度最快，飽和鹽水水泥漿各階段的抗壓強度都較其它水泥漿低。即低濃度的鹽起到了促凝作用，高濃度的鹽起到了緩凝的作用。 機理分析 氯離子對水泥石晶體結(jié)構(gòu)的影響 氯離子 主要以 兩種存在形式 存在于在水泥石中 ：一 種 是 以 游 離 狀態(tài)存在水泥石孔隙溶液中 ；西南石油大學碩士研究生學位論文 13 二是 與水泥中的物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)或結(jié)合，成為水泥石中的一部分 。固化 也存在 化學固化 和 物理固化 (以吸附為主 )兩種形式。 幾乎所有的油井水泥都含有鋁酸鈣 (2%8%)這種物質(zhì)。 A12O3)的水泥水化