低密度水泥浆课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,低孔低渗油气层固井水泥浆,长江大学石油工程学院,2008年07月26日,许明标,研究进展,低孔低渗油气层固井水泥浆长江大学石油工程学院研究进展,1,低密度水泥浆体系的现状,颗粒级配紧密堆积,1.201.65 g/cm,3,水泥浆。,低密度减轻剂：粉煤灰、膨润土、矿渣、珍珠岩、泡沫等等。,低密度材料上浮,浆体稳定性。须掺入稳定剂,防止水泥浆的分层。,低密度水泥浆水泥石48 h强度达到14 MPa。,超低1.10 g/cm,3,的研究较少。,低密度水泥浆体系的现状颗粒级配紧密堆积,1.201.6,2,不同的减轻材料性能,(1)粉煤灰:,火力发电厂煤粉燃烧熔融后排出的粉末状废物,具有火山灰特性的微细灰。主要成分为SiO,2,和Al,2,O,3,粒径范围为0.5300m,密度为2.02.50 g/cm,3,价格便宜,购买方便。,(2)微硅:,硅钢或铁合金生产过程中分离出来的一种副产品,主要成分是SiO,2,平均粒径0.100.15 m,具有较大的比表面积。密度2.50g/cm,3,能使水泥石渗透率下降,提高抗腐蚀性能。,(3)海泡石:,白色质轻纤维状富镁硅酸盐矿物,由硅氧四面体和镁氧八面体组成。主要成分为SiO,2,和MgO,其结构中存在一系列晶道,具有极大的比表面积,密度一般为1.302.10g/cm,3,热稳定性好,抗盐性好。,(4)珍珠岩:,属火山玻璃质熔岩,主要成分SiO,2,为白色或浅灰色颗粒,绉褶的蜂窝结构,含有大量的空隙,具有较大的膨胀性。密度2.40g/cm,3,堆积密度0.100.2 kg/m,3,可存比自重高56倍的水分。研磨成2030目的颗粒,能形成膨胀珍珠岩水泥浆体系,具有减轻和降失水的良好性能。易上浮,需选择与其配伍稳定剂。,不同的减轻材料性能(1)粉煤灰:火力发电厂煤粉燃烧熔融后排出,3,不同的减轻材料性能,(5)漂珠:,粉煤灰在水中漂浮起来的球状颗粒,晒干后即成漂珠,具有密闭、粒细、质轻、壁薄、活性等性能。其视密度0.7 g/cm,3,左右,漂珠配制的低密度水泥浆可达到较低密度。但由于漂珠本身强度较低,且漂珠外壳本身壁厚和形状的差异,在一定压力和混浆泵的搅拌下容易破碎。,(6)人造空心玻璃微球:,HGS中空玻璃微球是美国3M公司人工制造的空心微珠,是一种碱性硅硼酸钙盐,不溶于水和油,平均直径90 m,壁厚23m,耐高温,化学稳定,破碎压力14124MPa,能降低流体的粘度,改善流动性,具较高的强度和不可压缩性。其拉伸强度、抗压强度、杨氏模量均优于漂珠。,HGS中空玻璃微球水泥浆体系在凝固时,收缩率非常低,能保证较好的胶结强度。目前国内已经可以生产人造的空心玻璃微珠,并有产品销售,但是性能与国外还有差距。,不同的减轻材料性能(5)漂珠:粉煤灰在水中漂浮起来的球状颗粒,4,3M漂珠与国产漂珠性能比较,3M公司是最大的漂珠生产商，所生产的漂珠不溶于油和水。具有良好的耐温性和高强度,最高耐温600,最高抗压强度124 MPa。3M空心玻璃微球作水泥浆减轻剂可使水泥浆密度降到0.90g/cm,3,且破碎压力较高,泵送不会际密度有影响。3M空心玻璃微球可解决深井低压漏失地层和多级压力梯度固井的难题。,3M漂珠与国产漂珠性能比较3M公司是最大的漂珠生产商，所生产,5,低密度水泥浆要求,(1)较好的稳定性:水泥浆浆体不发生分层离析,形成的水泥石纵向密度分布一致,析水小、体积收缩小。,(2)合适的流变性和密度:选择的减轻剂类型和粒径,其配制水泥浆时用水量在所选择减轻剂的最大允许范围内。,(3)较高的早期强度:兼顾水泥浆的流变性能和滤失量控制的情况下,改善水泥浆的抗压强度和稳定性。采用不同粒径的低密度材料通过紧密堆积辅以外加剂提高早期强度。,细漂珠作减轻剂配制低密度水泥浆,在较低液固比时,可获得较低密度的水泥浆,从而使得水泥石的强度较高。选择微硅以及3M产品作为细颗粒充填材料。,低密度水泥浆要求(1)较好的稳定性:水泥浆浆体不发生分层离析,6,低密度水泥浆体系选择,PVA低温低密度水泥浆体系,聚合物淡水水泥浆体系,胶乳水泥浆体系,低密度水泥浆体系选择PVA低温低密度水泥浆体系,7,60PVA低密度水泥浆配方,材料,加量%,备注,固体混合材,100,作为计算基础,配浆水,54.3,分散剂,1.3,缓凝剂,0.2,60PVA低密度水泥浆配方材料加量%备注固体混合材100作,8,PVA低密度水泥浆性能,性能,指标,性能,指标,密度（g/cm,3,）,1.5,自由液（ml）,2.4,流变性（,600,）,165,稠化时间（Min/57）,147,滤失（ml）,82,抗压强度（PSI/57）,2100,PVA低密度水泥浆性能性能指标性能指标密度（g/cm3）1.,9,3M漂珠超低密度水泥浆（资料）,组成,加量,组成,加量,水泥,100%,充填剂,31.5%,自来水,293%,充填增强剂,112.5%,3M 漂珠,225%,防窜剂,6.0%,液体降失水剂,8%,液体减阻剂,4%,3M漂珠超低密度水泥浆（资料）组成加量组成加量水泥100%充,10,3M漂珠超低密度水泥浆（资料,性能,指标,性能,指标,密度（g/cm,3,）,1.04,自由液（ml）,0;,流动度（cm）,20;,稠化时间（Min/80）,262 min(50MPa),滤失（ml）,42,抗压强度（,Mpa/80）,9(0.1 MPa),3M漂珠超低密度水泥浆（资料性能指标性能指标密度（g/cm3,11,高温聚合物低密度水泥浆,适用静止温度范围：,25,150,；,水泥浆密度：,1.50,1.60g/cm,3,；,初始稠度：,15,30BC,；,游离液：低于,0.8%,；,流变性：良好，,n,0.8,；,API,失水：,50ml/(25,120)7MPa30min,；,稠化时间：,60,420min/25,120,，“直角”凝固；,抗压强度：在各种密度条件下都能满足工程需要。,高温聚合物低密度水泥浆适用静止温度范围：25150；,12,降滤失剂的选择优化,降滤失剂,滤失性能,（ml/30min.80.6.9MPa）,备注,CG706L,42,滤失略大,CG704L,38,沉降稳定性差,CG80L,18,抗污性差,CG88L,20,滤失性好,CG81L,28,流变性性好,降滤失剂的选择优化降滤失剂滤失性能（ml/30min.80,13,缓凝剂的选择优化,缓凝剂,缓凝性能,(min/90),备注,H21LL,110,缓凝性能差,H21LM,199,性能较好,H21LH,300,稠化时间太长,H63L,300,稠化时间太长,H30L,300,稠化时间太长,缓凝剂加量0.5。评价后选择H21LM。H63L、H30L及H21LH适合于在温度高于120以上使用。,缓凝剂的选择优化缓凝剂缓凝性能备注H21LL110缓凝性能,14,分散剂的选择优化,分散剂,分散性能,(,300,),备注,CF46L,252,易触变,CF44L,233,综合性能好,CF45L,241,易触变,UNF,296,毒性较大,CF49L,236,低温缓凝强,分散剂加量2.0。评价后选择CF44L。,分散剂的选择优化分散剂分散性能备注CF46L252易触变CF,15,稳定剂的选择优化,稳定剂,稳定性能,(,),滤失性能,（ml）,自由液,（）,备注,CPAS,0.02,30,0,STAB-F,0.02,22,0,STAB-T,0.06,24,0.2,HXC,0.02,32,0.2,不配伍,RHE,0.02,30,0,不配伍,分散剂加量0.4。评价后选择STAB-F。,稳定剂的选择优化稳定剂稳定性能滤失性能自由液备注CPAS0.,16,消泡剂的选择优化,消泡剂,水泥浆密度(g/cm,3,),备注,有机硅X30,1.50,不理想,有机硅CX601L,1.52,效果较好,聚醚类,1.47,消泡效果差,磷酯类,1.50,高温易分解,复合消泡剂,1.51,不理想,消泡剂加量0.2%，实际加量在0.05即可。,消泡剂的选择优化消泡剂水泥浆密度(g/cm3)备注有机硅X3,17,水泥浆基本配方,1.5g/cm,3,密度水泥浆配方：500g G级水泥+280g淡水+25gCG88L降滤失剂+10gCF44L分散剂2.5gH21L缓凝剂2gSTAB-F稳定剂90g漂珠1g消泡剂。,1.6g/cm,3,密度水泥浆配方：500g G级水泥+280g淡水+25gCG88L降滤失剂+10gCF44L分散剂2.5gH21L缓凝剂5gSTAB-F稳定剂 45g漂珠+1g消泡剂。,60低密度水泥浆配方,1.5g/cm,3,配方：400g G级水泥+250g混合灰300g淡水(2-12g)ACC-Y20gCG88L8gCF44L 130g漂珠+1g消泡剂,1.6g/cm,3,配方：400g G级水泥+175g混合灰280g淡水(2-12g)ACC-Y20gCG88L8gCF44L 112g漂珠1g消泡剂,水泥浆基本配方1.5g/cm3密度水泥浆配方：500g G级,18,低密度水泥浆流变性能,配方,600,/,300,200,/,100,6,/,3,1.5g/cm,3,/233,159/90,7/4,1.6g/cm,3,260/165,102/57,5/3,密度1.5g/cm,3,的流变性：n=0.86；密度1.6g/cm,3,的流变性：n=0.96；均能满足项目要求流变性能应满足n0.8，,低密度水泥浆流变性能 配方600/300 200/,19,温度对水泥浆的稠化性能影响,项目要求稠化时间：60420min，温度为25120,并要接近“直角”稠化，由基本配方实验测得的具体数据如下：,压力(MPa),温度(,),时间(min),常压,25,340,常压,40,304,20,60,271,40,90,199,60,120,67,温度对水泥浆的稠化性能影响项目要求稠化时间：60420mi,20,温度对稠化性能的影响,温度对稠化性能的影响,21,当T=90，P=40MPa 稠化时间199min,90稠化曲线,当T=90，P=40MPa 稠化时间199min90,22,120稠化曲线,120 时,缓凝剂改为高温型,其加量加量定为2%.,稠化时间:246min/120 60MPa,120稠化曲线120 时,缓凝剂改为高温型,其加量加量,23,不同温度下的强度,试验条件,抗压强度（MPa）,备注,常压25,3.2MPa,常压40,7.7MPa,常压60,14.3MPa,常压90,15.8MPa,配方 1.5 g/cm,3,强度实验:,不同温度下的强度试验条件抗压强度（MPa）备注,24,温度对抗压强度影响,1.5g/cm,3,密度,温度对抗压强度影响1.5g/cm3密度,25,备注,抗压强度（MPa）,备注,常压25,3.4MPa,常压40,7.9MPa,常压60,14.9MPa,常压90,22.0MPa,基本配方1.6 g/cm,3,强度：,不同温度下的强度,备注 抗压强度（MPa）备注 常压2,26,温度对抗压强度影响,1.6g/cm,3,密度,温度对抗压强度影响1.6g/cm3密度,27,不同组成的水泥石抗压强度,配方,密度(g/cm,3,）,强度(MPa),实验条件,1.57,24.2,常压90,1.53,13.9,1.50,14.5,1.50,16.1,1.51,12.1,400g G级水泥+300g淡水+28gCG88L+8gCF44L+8gSTAB-F+70g漂珠+1g消泡剂+,200g超细矿渣+4gACC,400g G级水泥+360g淡水+28gCG88L+14gCF44L+8gSTAB-F+70g漂珠+1g消泡剂+,160g超细矿渣,400g G级水泥+340g淡水+28gCG88L+12gCF44L+4gACC+8gSTAB-F+90g漂珠+1g消泡剂+100g超细水泥,400g G级水泥+300g淡水+28gCG88L+14gCF4