固井胶乳水泥研制及性能评价

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1、万方数据1前言表1—1APl油井水泥分类及适用范周Table1-1ClassificationandapplicationscopeofAPloilwellcement按照我国石油行业(SY)标准分类方法，油井水泥根据适用的地层温度范围不同，有45。C、75。C、95。C矛D120℃四个级别，其分类结果见表1—2。表1．2SY油井水泥适用的井深Table1-2Applicabledepthofoilwellcement1．1．2水泥浆添加剂水泥浆添加剂是为了调节水泥浆性能，在其中加入的一些特殊且能显著改变水泥浆性能的物质，其加入量在水泥质量的5％或以下。水泥J't-Dil剂对水泥的动

2、态力学性能又有影响15】因此找到合适的J'I-DH剂种类及加量对提高水泥石的性能起到很重要的作用。1．1．2．1降失水剂固井施工过程中，在井下压力作用下，水泥浆流经渗透性地层时发生漏失[61，水泥浆液相向地层滤失，这个过程通常称为“失水”。固井水泥浆性能设计中，对水泥浆失水量进行严格控制的主要目的是维持水泥浆浆体性能的稳定，以确保固井施工安全。否则，浆体中液相体积的减少所带来的结果是水泥浆密度增加，水泥浆稠化时间和流变性能均偏离原设计要求。大量液相流体渗入地层使水泥浆变得难以泵送甚至失去可泵性，并对地层造成不同程度的伤害，很可能导致压裂地层，严重时甚至导致固井作业失败[‘7，81。水

3、泥浆失水量过多会降低其工程性能，降低水泥浆防气窜能力，无万方数据天津科技大学硕士学位论文法保障水泥环的密封性及层间封隔性能。因此，需加入降失水剂调整水泥浆的失水量。降失水剂，作为水泥浆一种外加剂，是能降低水泥浆体液相向地层滤失的化学剂，其性能的好坏直接影响着固井作业成败与否。在对高温高压油气井水泥浆配方进行设计时必须考虑温度影响，选用的降失水剂不能超出其使用温度范围之外，否则将失去降失水效果，造成固井作业失败。另外，井下高矿化度环境也会对降失水剂的使用造成显著影响。因此选用降失水剂必须考虑其耐温耐矿化度的性能。就其作用机理分析如下【9．11]：(1)增粘机理：水溶性高分子类降滤失剂，

4、水泥浆配浆完成后溶解于液相中，会增加其液相粘度，提高了水泥浆液相向地层发生滤失的阻力，有利于降低滤失量。但这种降失水剂分子量一般较高，较高的粘度易导致水泥浆稠度较大，一般不会选择单独使用。(2)吸附和捕集机理：固井水泥浆所用降失水剂大多为高分子聚合物，通过静电引力和氢键作用吸附在水泥颗粒表面，增加了水泥颗粒表面的电负性并使水化层加厚，从而使其与水泥颗粒的粘接稳定性提高；高分子的无规线团通过架桥形成立体网状结构，也会通过相互交联桥接的作用形成胶状聚集体，从而使更多的游离液被束缚，滞留在水泥内部空隙中而减少滤失量，可有效捕集水泥浆浆体内的自由水。此水泥浆在井下压差作用下，逐渐聚集形成一层

5、非渗透且具韧性的膜，在滤饼和地层交界处防止漏失的发生。失水后的水泥颗粒被高分子聚合物膜层包裹着，形成非渗透性滤饼，薄而致密，能够阻止自由水由水泥浆向渗透性地层滤失，从而控制水泥浆失水。(3)物理堵塞机理：固井过程中水泥浆在井下压差作用下发生漏失时，降滤失剂聚合物颗粒随流体挤入滤饼孔隙中，在水泥颗粒问聚集而堵塞孔隙入口，使水泥滤饼渗透性变差，从而控制自由液体由水泥浆向渗透性地层滤失的速度，使水泥浆失水量降低。常用的降失水剂有：丙烯酰胺类聚合物或共聚物、聚胺类聚合物、聚乙烯醇类聚合物、纤维素衍生物、聚磺化苯乙烯以及粘土等[3，12,1引。1．1．2．2分散剂分散剂是能降低水泥浆流动阻力的

6、化学剂，是吸附于水泥颗粒表面上调节颗粒表面的电荷分布，增大颗粒表面静电斥力，提高了水泥颗粒的分散性，减少水泥颗粒之间相对滑动的阻力，从而提高水泥浆流动性的表面活性剂物质。分散剂可使固井施工作业能够在较低的泵速下实现紊流顶替，可提高水泥浆对井壁和套管壁的冲洗效果，从而提高顶替效率，有利于固井质量的提高f3】。一般认为其作用机理为：水泥与水混合时，C3A发生水化生成水合铝酸钙胶体微粒，该微粒具有很大的比表面积，表面能较高，溶液中的Ca2+比较容易被其吸附，使其带正电荷，在微粒周围形成双电层。而C3A发生水化反应后，留下H2Si04}，使硅酸钙凝胶包覆层中的粒子带负电荷；由于分散剂是具有多

7、个阴离子的大分子电解质，具有强烈压缩双电层的能力，可使水泥的zeta电位由正变负，导致水泥粒子间因带同万方数据1前言种电荷而互斥，从而拆散絮凝结构，达到分散水泥浆的效果【31。常用的分散剂大多为铁铬木质素磺酸盐、木质素磺酸盐改性产物、磺化树脂类(相对分子质量2000．4000)、B一萘磺酸甲醛的缩合物、烯类单体低聚物、羟基羧酸及其盐等。1．1．2．3缓凝剂缓凝剂是能延长水泥固化时间的化学剂，具有延长水泥浆体的水化诱导期，减缓水化速度，推迟水泥浆的凝结时间的