油井注水泥浆体系确定和调整原则

油井注水泥浆体系确定和油井注水泥浆体系确定和调整原则调整原则目录 一、外加剂体系确定的基本要求3 二、水泥浆体系确定的系统工程概念5 三、外加剂体系确定基础资料的取得6 四、水泥浆体系确定的约束条件9 五、固井作业对水泥浆体系的基本要求11 六、水泥浆体系的主要工程性能参数12 七、水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求15 八、水泥浆体系性能参数与固井作业关系26 九、水泥浆体系确定的影响因素36 十、外加剂的使用原则452i层间隔绝,密封,无窜流i符合返高设计i足够的强度与耐腐蚀能力满足开采工艺,延长生产寿命支撑保护套管目的外加剂体系确定的基本要求外加剂体系确定的基本要求体系确定首先要达到固井设计的质量要求，即：3i1.平衡失控漏失与窜流i2.置换不彻底，顶替不完全窜槽i3.腐蚀性体流体侵蚀应力开裂,热应力崩溃外加剂体系确定的基本要求外加剂体系确定的基本要求体系确定其次是在一定程度减少固井工程中的下列质量问题：4J矿场生产关系水泥浆体系确定的系统工程概念水泥浆体系确定的系统工程概念钻 井 眼评价测井下 套 管注 水 泥质量评价后续作业用户控制用户控制(独立独立)服务公司服务公司(独立独立)测井公司控制测井公司控制(独立独立)独立控制方式很难保证固井质量5外加剂体系确定基础资料的取得外加剂体系确定基础资料的取得1 1 1 1、由钻井设计中可知：井身结构、套管柱设计情况、水泥、由钻井设计中可知：井身结构、套管柱设计情况、水泥、由钻井设计中可知：井身结构、套管柱设计情况、水泥、由钻井设计中可知：井身结构、套管柱设计情况、水泥浆体系性能要求、水泥用量预算、固井工艺及质量要求等浆体系性能要求、水泥用量预算、固井工艺及质量要求等浆体系性能要求、水泥用量预算、固井工艺及质量要求等浆体系性能要求、水泥用量预算、固井工艺及质量要求等2 2 2 2、由固井设计中可知：基本钻井资料（包括实际的井身结、由固井设计中可知：基本钻井资料（包括实际的井身结、由固井设计中可知：基本钻井资料（包括实际的井身结、由固井设计中可知：基本钻井资料（包括实际的井身结构、完井方法、下套管前钻井液性能、钻井泵参数、钻井构、完井方法、下套管前钻井液性能、钻井泵参数、钻井构、完井方法、下套管前钻井液性能、钻井泵参数、钻井构、完井方法、下套管前钻井液性能、钻井泵参数、钻井复杂情况的描述、井身质量等）、地质资料、套管实际设复杂情况的描述、井身质量等）、地质资料、套管实际设复杂情况的描述、井身质量等）、地质资料、套管实际设复杂情况的描述、井身质量等）、地质资料、套管实际设计情况、计情况、计情况、计情况、6外加剂体系确定的基础资料的取得外加剂体系确定的基础资料的取得2 2、由相临井的固井设计中可知：基本钻井资料（包括实际、由相临井的固井设计中可知：基本钻井资料（包括实际、由相临井的固井设计中可知：基本钻井资料（包括实际、由相临井的固井设计中可知：基本钻井资料（包括实际的井身结构、完井方法、下套管前钻井液性能、钻井泵参的井身结构、完井方法、下套管前钻井液性能、钻井泵参的井身结构、完井方法、下套管前钻井液性能、钻井泵参的井身结构、完井方法、下套管前钻井液性能、钻井泵参数、钻井复杂情况的描述、井身质量等）、地质资料、套数、钻井复杂情况的描述、井身质量等）、地质资料、套数、钻井复杂情况的描述、井身质量等）、地质资料、套数、钻井复杂情况的描述、井身质量等）、地质资料、套管实际设计情况、实际水泥用量的计算、水泥浆设计（包管实际设计情况、实际水泥用量的计算、水泥浆设计（包管实际设计情况、实际水泥用量的计算、水泥浆设计（包管实际设计情况、实际水泥用量的计算、水泥浆设计（包括水泥浆实验、稠化时间曲线、水泥浆与钻井液相溶性实括水泥浆实验、稠化时间曲线、水泥浆与钻井液相溶性实括水泥浆实验、稠化时间曲线、水泥浆与钻井液相溶性实括水泥浆实验、稠化时间曲线、水泥浆与钻井液相溶性实验情况、水泥浆与前置液相溶性实验情况、前置液与钻井验情况、水泥浆与前置液相溶性实验情况、前置液与钻井验情况、水泥浆与前置液相溶性实验情况、前置液与钻井验情况、水泥浆与前置液相溶性实验情况、前置液与钻井液相溶性实验情况）等。液相溶性实验情况）等。液相溶性实验情况）等。液相溶性实验情况）等。7外加剂体系确定的基础资料的取得外加剂体系确定的基础资料的取得2 2、从固井前井场情况调查：包括目前井深情况、井口泥浆出、从固井前井场情况调查：包括目前井深情况、井口泥浆出口温度情况、泥浆体系情况、泥浆流变性情况等。口温度情况、泥浆体系情况、泥浆流变性情况等。8水泥浆体系确定的约束条件水泥浆体系确定的约束条件 J1.1.油藏特性要求油藏特性要求i (气、水、油流体性质，裸眼、射孔、筛选完井方式，酸化、压裂、聚合物驱、注水、热采开发方式的要求，主要体现在尾浆性能要求方面）J2.地质条件限制i（岩性、井深、井温、地层压力、孔隙压力、漏失压力、坍塌压力、地层水气等腐蚀性介质类型、钻井液条件主要体现在体系选型、结构和设计条件方面）9J3.工艺条件可行性i 井眼几何尺寸、注水泥作业工艺方法、地面施工装备、配制手段、水泥浆混配条件、方式、密度控制能力、钻井液特性及处理能力、施工队伍素质、监控与事后评价技术主要体现在环空流体组成结构和性能要求方面J4.成本限制i 外加剂与水泥的费用规定J5.地区矿业开采法规i主要是对剩余配浆液的处理环保要求等水泥浆体系确定的约束条件水泥浆体系确定的约束条件10固井作业对水泥浆体系的基本要求J1.配制与注替过程中，保持可控的流动能力；J2.井下温度、压力条件下，保持足够可泵时间和体系稳定性；J3.静止后快速凝固并保持体积不变；J4.凝固水泥石强度高、致密性好、抗腐蚀性强；J5.有一定塑性、抵抗射孔震动和冲击。11水泥浆体系的主要工程性能参数水泥浆体系的主要工程性能参数J1.旧标准:(GB-206-78)i密 度:g/cm3i流 动 度:cmi凝结时间：h:min 初凝 终凝i抗折强度:MPa12水泥浆体系的主要工程性能参数水泥浆体系的主要工程性能参数J2.API规范(API spec.10)密度:g/cm3 析水率：%自由水含量 流变性：n k 失水量：ml/30min.7MPa稠化时间(T.T):h:min液态液态动态平衡 体系稳定性 泵压排量及顶替流态设计性能波动 安全施工13水泥浆体系的主要工程性能参数水泥浆体系的主要工程性能参数i抗压强度 MPai 渗透率 md对套管保护能力 耐久性 封隔能力 测井响应固态固态14水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求 J确定的内容i设计条件的确定（井温、压力、井眼几何尺寸）；i水泥浆容积计算（返高、段长、充填量、灰量、水量、造浆率）；i顶替液量（阻流环位置，套管内容积）；i施工压力、排量及平衡校核（液体流变性、顶替流态、排量、压耗、井口压力）；i作业时间与设备配置要求及注替顺序；i水泥浆体系配方（外掺料、外加剂、工程性能参数指标）。15水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求J确定的依据iAPI规范（材质要求、试验手段与方法，标准测试项目）_规范：Specification_公告:Bulletin ISO-9001_推荐方法:Recommended Practice16水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求i压力资料_由测井方法，试油作业，开发测试，钻井液使用等获得油井的孔隙压力；_由破压预测、漏失试验、钻井液使用获得的破裂或漏失压力；_由钻井液使用、井壁稳定性观察、岩性实验获得的坍塌压力。17水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求i温度资料_API规范表及计算公式；_实测完钻,开发井温度及井底温度；_相临井情况；_计算机模拟器。18水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求i外加剂与水泥之间的相互作用E市售外加剂与油井水泥，一般具有较好的适应性。但相同级别的油井水泥来说，是有差异的（见图相同厂家不同时间生产水泥的C3S含量变化）。19水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求i外加剂与水泥之间的相互作用E相同厂家不同时间生产水泥的C3A含量变化。20水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求i外加剂与水泥之间的相互作用E相同厂家不同时间生产水泥的SO3含量变化。21水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求i外加剂与水泥之间的相互作用E相同厂家不同时间生产水泥的比表面变化。22水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求i外加剂与水泥之间的相互作用E储存时间对水泥活性的影响。23水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求i混合水对体系性能的影响E固井作业时混合水的影响主要体现在水的矿化度方面。24水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求i外加剂资料与使用规则E保持水泥浆的基本物理性能,达到需改善的性能指标,外加剂间具有良好配伍性；E设计的水灰比下,体系不发生离析与沉降；E初始稠度控制在30BC内；E具有干混/湿混能力,干混在规定储存期内不失效;湿混易溶于水,不产生气泡,陈化混合液体对设计性能无明显影响；E有一定加量可控范围,加入量,浓度波动,处理效能不与设计方向相反；E指明适应水泥级别,成本合理；E对人身环境无毒害,不腐蚀套管；E注意外加剂对温度的敏感性和浓度的拐点等。25水泥浆体系性能参数与固井作业关系水泥浆体系性能参数与固井作业关系 J密度i地层压力平衡防漏与防窜；i固化强度支撑保护套管能力剪切固结强度（公认标准）增产措施有效程度、水力固结强度（非标准指标）i致密性-层间隔绝能力0.1*10m2i外观收缩程度声波测井胶结指数10cmi用水量与稳定性固相体积分数 0.350.826例：i核心要求：体系聚结稳定性浆体体积凝固体积i调整原则：在规定水灰比下合理加入加重减轻材料及外加剂27水泥浆体系性能参数与固井作业关系水泥浆体系性能参数与固井作业关系J流变性i顶替流态要求达到设计流态下的临界排量；i降低循环压耗受地层承压能力限制的流动阻力，泵注当量；i地面施工密度控制好的流变性使配浆更容易；i调整原则：BHCT下无沉降现象，固定剪切速率下粘度计读值不变。28水泥浆体系性能参数与固井作业关系水泥浆体系性能参数与固井作业关系 J析水率i体系悬浮稳定性多相不稳定体系中固相受阻沉降速率 V=2(s-w)g.ds2/9司托克斯公式；i体系均匀程度上、下密度差，水化反应前后体积差别；i强度一致性整体水泥柱的支撑与卸载能力；i内部缺陷测井声波响应一致性；i核心要求：析水率 1.4%i调整原则：增大液相粘度，增大固相比表面，合理调整外掺料的粒度级配。29水泥浆体系性能参数与固井作业关系水泥浆体系性能参数与固井作业关系 J失水量i控制过剩自由水超过水泥重量的自由水在水泥浆中运移引起的相态分离，凝固后的内部缺陷；i动、静滤失造成设计性能改变液相损失，使原设计性能产生变化，流变性变差，稠化时间缩短，顶替流态改变，安全可泵性降低；i水泥泥饼致密性变化液相体积减少引起的回落高度，进入产层引起的原始渗透率降低；i水泥浆变形形成进入地层缝隙的水泥浆，影响挤水效果：i核心要求：100150/30min.7MPa保持必要流变性；i调整原则：与减阻剂或非增粘缓凝剂配伍使用，改善颗粒级配，形成表面护胶膜，依靠惰性材料合理级配堵孔，利用比表面电性吸附自由水。30水泥浆体系性能参数与固井作业关系水泥浆体系性能参数与固井作业关系 J稠化时间iBHCT下可泵性变化安全可泵时间的长短；i油井水泥质量净水泥浆基本物理性能是否符合要求；i外加剂影响与可靠性单独或复配使用加量,浓度范围,单调性与反向异常检验；i配方合理性检验曲线规整度反映水化特性优劣；i核心要求:初始稠度30Bc,直角稠化时间 40分钟；i调控原则:按套管、尾管挤水泥规程、确定升温速率,BHCT尽可能接近作业条件,BHP按泥浆压力梯度与压耗梯度总和计算。31水泥浆体系性能参数与固井作业关系水泥浆体系性能参数与固井作业关系J抗压强度i加固套管柱的支撑载荷能力降低轴向载荷，提高径向承载能力；i钻进与射孔时保护套管高强度与适当韧性吸收振动冲击能量；i压裂时限制压力区域扩展 使压裂能量在环空中损失减小，提高压裂效能；i测井声波传播速度高强度，使声波反射能减小，衰减率大，测井响应好；i核心要求：规定测井时间内，抗压强度14MPai调整原则：准确确定顶界BHCT，合理使用早强剂和缓凝剂。32水泥浆体系性能参数与固井作业关系水泥浆体系性能参数与固井作业关系J渗透率i致密率 渗流能力（服从达西定律），限制流体通过能力；i孔隙封闭程度抗渗透，抗浸湿特性，提高抗腐蚀能力；i核心要求：1.4MPa，不渗透；i调整原则：降低用水量和总化学收缩量，使用超细堵孔材料。33J体系确定程序水泥浆体系性能参数与固井作业关系水泥浆体系性能参数与固井作业关系井场外加剂井场外加剂核实密度核实密度流变性要求流变性要求析水要求析水要求失水控制要求失水控制要求稠化时间要求稠化时间要求抗压强度要求抗压强度要求井场水泥井场水井场水满足满足不不满满足足34水泥浆体系性能参数与固井作业关系水泥浆体系性能参数与固井作业关系J体系组成结构i冲洗液+领浆+尾浆+压塞液35水泥浆体系确定影响因素水泥浆体系确定影响因素J水泥浆体系确定确定计划确定计划配配方方设设计计注注替替计计划划体体系系基基材材选选择择作作业业类类型型井井眼眼条条件件目目的的要要求求设备选择与施工计划设备选择与施工计划各部分相互关连，影响设计方案对最终结果影响（好的计划是成功前提）的决定作用36水泥浆体系确定影响因素水泥浆体系确定影响因素J施工计划的科学依据井眼条件泥浆特性温 度压 力岩性井深致密性失水析水完整性诱裂流体特性腐蚀敏感性储层保护孔隙压力防窜漏失压力防漏地应力特征防套管变形静止温度热稳定循环温度安全可泵段长温差侯凝时间与强度安全窗口密度与浆柱结构再处理能力顶替要求井壁稳定性密度与失水控制井底净化流变性可调范围37水泥浆体系确定影响因素水泥浆体系确定影响因素i井眼条件（井深与井温）：决定水泥选型（级别、特性）i岩性与压力：决定体系特征要求（密度、外掺料选择）i压力与温度：决定设计实验参数，决定性能要求38水泥浆体系确定影响因素水泥浆体系确定影响因素体系基材选择特殊需求防 漏高 密 度低 密 度重 晶 石钛 铁 矿重 质 盐赤 铁 矿方 铅 矿赛 璐 珞石 膏纤 维柴油般土矿 渣硬 沥 青微 珠微 硅膨 润 土珍 珠 岩硅 藻 土热 稳防 窜油层保护防 腐酸 溶石 灰硅 石树脂材料气密材料暂 堵 材触触 变变各种外掺料配成不同体系各体系中外掺料有最佳配比要求外掺料合理搭配可提供最优性能 合理使用外掺料可降低成本外掺料物化性能与外加剂使用密切相关外掺料理化性能需严格控制39水泥浆体系确定影响因素水泥浆体系确定影响因素40水泥浆体系确定影响因素水泥浆体系确定影响因素作业目的与质量要求相关质量要求与体系选型相关体系选型与作业类型相关41水泥浆体系确定影响因素水泥浆体系确定影响因素42水泥浆体系确定影响因素水泥浆体系确定影响因素配方设计自 由 水密 度流 变 性稠化时间抗压强度失 水 量调 凝降 失 水减 阻需 水强度可控范围重 量 比稳定性与收缩干 法湿配能力密度可控性湿 法施工可行性设备要求合 理性 能指 标合 理实 验条 件外 加 剂选 择外 掺 料配 比BHSTBHPBHCT WOC WOC 外掺料对凝固水泥石特性影响(强度.致密性.均匀性)外掺料对外加剂吸附降效影响(密度波动引起可泵时间变化)减轻料漂浮、增密影响，加重料沉降影响外加剂同性与化学配伍性凝固水泥特性（段顶与段底强度）混配结果对水泥浆可泵能力，密度波动响应，可控波动能力影响43外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J最佳配方设计方法i在保证稠化时间不太长的前提下，调整降失水剂和减阻剂的加量，以便具有较低的失水量和较好的可泵性。并应综合考虑降失水剂和减阻剂的比例，以达到最低的成本和最低的失水量。44外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J外加剂的混合顺序i一般按消泡剂（保证其最大的搅拌效力）、降失水剂、减阻剂、缓凝剂。若含有膨润土，则应在混合水中预水化30min。该顺序一般外加剂体系提供厂家或外加剂服务公司应提供。45外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J外加剂 5%BWOCJ外掺料 5%BWOCJ作用：以其物理特性、化学特性改变水泥浆或凝固水泥石固有特性46外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J减阻（分散减水增密）J调凝（促凝、缓凝）J降滤（降失水）J比重调节（密度调节：加重减轻）47外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J抗高温强度衰退剂（热稳抗衰）J防污J示踪（染色、萤光、放射）J消泡（除泡、去泡、稳泡）J特种（防窜、触变、延迟凝固、胶凝滞后）48外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J使用须知i化学配伍性协调好i种类少i线性度好49外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J单调性强i温度范围适当i速溶i系列化i调节水泥浆主要性能，而对其它性能影响不大i易于运输、存储、有效期长i性能、功能价格比合理50J化学成份简述i减阻剂（有机物、聚合物）i促凝剂（无机金属盐、有机物）i缓凝剂（有机物、无机物、聚合物、纤维素衍生物）i降滤失剂（有机物、聚合物、纤维素衍生物、有机聚合物）i密度调节剂，堵漏，增强（普通无机矿物）i消泡（有机脂、醚、酸等）i特种（复合有机、有机化合物）i示踪（放射性元素、有机化学物）外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则51外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J减阻剂典型产品：i萘及聚萘系：FDN,NF,UNF(芳香族化合物)iM系：木钙,木钠(阴离子型)i酮醛缩聚型:SXY,SAF,USZ，SZA，JZ52外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J减阻剂使用注意事项:i加量：W/C=0.44-0.5,0.1-1.0%为常规范围,当加入惰性外掺料后,可适当提高加量i适用温度范围：90C,SXY,FCLS,SMT等,上一温度段降至下一温度段,均可起缓凝作用.i析水控制i稠化曲线规整度i强度无损伤53外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J缓凝剂典型产品：i部分带酸根的无机盐，羟基羧酸盐，有机磷酸盐，聚多糖纤维素等：如硼酸、氧化锌、硫酸亚铁、重铬酸钠等无机盐、洒石酸、柠檬酸、水扬酸等果酸，CMC、HEC、CMHEC，葡钠、葡钙、庶糖、葡萄糖及其盐等。J缓凝剂使用注意事项i单调性线性度好i耐温范围宽i对析水，流变性，强度无不良副作用i对降失水剂有宽的配伍选择性54外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J降失水剂典型产品：i无机类：膨润土、微粒硅、碳酸盐微粒（有机物质沥表及树脂微粒）i有机类：纤维素、聚胺物质、聚烯类、树脂类、多元共聚物（AMPS）的液体及固体粉末55外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J降失水剂典型产品及研制单位i工程院_S24 纤维素+惰性微粒_S27纤维素+阴离子活性剂_G60胶乳聚烯类+交联剂i西南院_XS系列：多元共聚物聚胺类_HS系列：纤维素改性接枝_LT系列：聚烯胶乳类_SZ系列：多元共聚物聚胺类、纤维素改性接、聚烯胶乳类56外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J降失水剂典型产品及研制单位i华北局_LW系列：纤维素复合物_MS系列：聚稀复合物i研究院_FC系列：共聚物类_FC系列：纤维素+惰性物料57外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J降失水剂典型产品及研制单位i新疆局_DS系列：纤维素与阴离子活性剂i胜利局、长庆局_HN、GJS系列：聚酰胺类_SK系列：聚酰胺类i四川局_CT系列：改性淀粉类_H系列：氧基缩聚物改性i大庆局_PA系列：聚烯胶乳类58外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J降失水剂典型产品i降失水剂配伍要求_纤维素类：阴离子活性剂如MG、Mna、FCLS、无机酸、有机磷酸、Na2CO3_共聚物类：果酸_胶乳类：无机金属盐,Na2SO4、ZnO等_但注意安全协调性及水质、水泥粒度、及矿物成份、配伍稀释顺序、缓凝剂化学特性在某一温度、压力下的响应特性。59外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J降失水剂典型产品i降失水剂使用注意事项_配伍性，离子浓度敏感性及配伍种类_速溶性，均匀度对温度及混配程度要求_浓度变化引起的性能差异_流动性及悬浮稳定性，早强影响程度_耐温能力及范围60外加剂体系的使用原则外加剂体系的使用原则J外加剂使用难点_早强剂、缓凝剂、降滤失剂及特种外加剂多为数种化学物质的复合物或改性物，化学成份复杂，各种成份对应用环境因素影响特性不同，一种主剂难于调整全部工程性能，故对各外加剂中有机及高分子材料与水泥浆性能的协调稳定性应予充分注意，在研究人员指导下探索使用经验，系列化应用，切忌随意选择配伍剂，防止施工意外。6162