固井水泥设计理念分析

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1、 固井水泥设计的理念分析一、油井水泥外加剂及其应用二、注水泥设计的基本概念三、水泥浆性能参数与固井作业的关系四、固井设计的影响因素油井水泥外加剂及其应用油井水泥外加剂及其应用（1 1）概念）概念F外加剂：5BWOCF外掺料：5BWOC F作用：以其自身物理特性、化学特性改变水泥浆或凝固水泥石的固有特性（2 2）分类）分类油井水泥外加剂及其应用F减阻(分散、减水、增密)F调凝(促凝、缓凝)F降滤(降失水)F比重调节(密度调节、加重、减轻)F堵漏F增强(热稳、抗衰)F防污F示踪(染色、萤光、放射)F消泡(除泡、去泡、稳泡)F特种(防窜、触变、延迟凝固、胶凝滞后)（3 3）使用须知）使用须知油井水泥

2、外加剂及其应用F化学配伍性、协调性好F种类少F线性度好F单调性强F温度范围适当F速溶F系列化F调节水泥浆主性能，对其它性能影响不大F易于运输、存储、有效期长F性能、功能价格比合理（4 4）化学成份简述）化学成份简述油井水泥外加剂及其应用F减阻(阴、阳及非离子表面活性剂有机物)F调凝G促凝：无机金属盐，有机物G缓凝：有机酸，无机酸，高分子聚合物，纤维素衍生物)F降滤(有机土，高分子聚合物，纤维素衍生物，有机聚合物)F密度调节，堵漏，增强(普通无机矿物)F消泡(有机脂、醚、酸等)F特种(复合有机、有机化合物)F示踪(放射性元素、有机化学物)功 能：提高流动能力、降低摩阻，减少用水量 副作用：起泡、

3、降强(促强)、沉淀、缓凝、降滤、提切作用机理简述：吸附分散理论 湿润润滑作用 减摩助滑作用减阻剂及其作用机理减阻剂及其作用机理油井水泥外加剂及其应用改变颗粒级配，表面电化学特性，增大比 表，极性结合，引力变斥力，电位差F典型产品：G奈及聚奈系：FDN，NF，UNF(芳香族化合物)GM 系：木钙，木钠，FCLS(阴离予型)G酮醛缩聚型：SXY，SAF，USZG替 换 物：SMC，SMK，SMT，SMP F使用注意：G加量：0.l0.5，为常规范围， W/C=0.440.5，加惰性外掺料，可 提高用量G适用温度范围：90， SXY，FCLS， SMT等，上一温度段降至下一温 度段，均可起缓凝作用G

4、析水控G稠化曲线规整度G强度无损减阻剂及其作用机理减阻剂及其作用机理油井水泥外加剂及其应用功 用：延长可泵时间，确保施工安全 副 作 用：水质敏感性，降强，非单调性，加量指数变化，流 变、降滤协调性与选择性作用机理：抑制水泥矿物组分水化速度，延缓结晶过程l吸附理论 分子吸附于水化颗粒表面，阻止水的接触(屏蔽层)l组合理论 分子与液相中 Ca2+离子整合，阻碍晶核生成(夺电子)l晶核毒化理论分于吸附于最初生成的核晶表面，阻止晶体连生， 难于形成聚晶体l沉淀理论 分子与 Ca2+和(OH)-离子作用，沉淀于水化表面，阻 止水向肢体内部渗透，抑制水化。缓凝剂及其作用机理缓凝剂及其作用机理油井水泥外加

5、剂及其应用F典型产品：G各种表面活性减阻剂G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，酒石酸，柠 檬酸，水扬酸等果酸，CMC，HEC，CMHEC，葡钠，葡钙，蔗糖，葡 萄糖等。F使用注意：G单调性，线性度G耐温范围G对析水，流变性，强度的不良副作用G对降失水剂的配伍选择性减阻剂及其作用机理减阻剂及其作用机理油井水泥外加剂及其应用配伍要求：F纤维素类：阴离于活性剂如：MG、MN、FCLS、无机酸、 有机磷酸、碳酸钠F共聚物类：果酸F淀粉糖类：高聚物型如SXY等纤维素类F胶 乳 类：无机金属盐，硫酸钠、氧化锌等但注意全程协调性及水质

6、、水泥粒度及矿物成分 、配伍稀释顺序、缓凝化学特性在某一温度、压力条件下 的响应特性。降失水剂极其作用机理降失水剂极其作用机理油井水泥外加剂及其应用F典型产品：无机类：膨润土、微粒硅、碳酸盐、硅酸盐微粒(有机 物质沥青及树脂微粒) 有机类：纤维素、聚胺物质、聚烯类、树脂类、多元 共聚物(AMPS)的液体及固体粉未S24纤维素+惰性材料 S27纤维素+阴离子活性剂 G60胶乳（聚烯类）+交联 剂 G69降失水剂及其作用机理降失水剂及其作用机理油井水泥外加剂及其应用工程院F典型产品：DS系列：纤维素+阴离子活性剂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HN，GJ

7、S系列：聚酰胺类SK系列：聚酰胺类LW系列纤维素复合物MS系列聚烯复合物降失水剂及其作用机理降失水剂及其作用机理油井水泥外加剂及其应用新疆局西南院华北局胜利局长庆局F典型产品：CT系列：改性淀粉类H系列：乙氧基缩聚物改性FC系列：共聚物类B52系列：纤维素+惰性物类PA系列 聚烯胶乳类降失水剂及其作用机理降失水剂及其作用机理油井水泥外加剂及其应用四川局大庆局研究院F使用注意：F配伍性，离子浓度敏感性及配伍种类F速溶性，均匀度对温度及混配程度要求F浓度变化引起的性能差异F与泥浆中化学物的兼容性（非但不强调与其外加剂相容， 反而严格限定）、配套性、系列性F流动性及悬浮稳定性，早强影响程度F耐温能力

8、及范围降失水剂及其作用机理降失水剂及其作用机理油井水泥外加剂及其应用外加剂使用难点：早强剂、缓凝剂、降滤失剂多为数种化学物质的复合物或改性物，化学成分复杂，各种成分对应用环境因素响应特性不同，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，切忌随意选择配伍剂，防止施工以外。降失水剂及其作用机理降失水剂及其作用机理油井水泥外加剂及其应用注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念F层间隔绝，密封，无窜流F返高符合设计 F足够的强度与耐腐蚀能力质量要求质量要求FF满足开采工艺，延长生产寿命支撑满足开采工艺，延长生产寿命支撑 保

9、护套管目的保护套管目的注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念F平衡失控-漏失与窜流（1） maxpmax 防窜流（2） max+ Sg + Sf fmin 防井漏F置换不良-顶替窜槽F腐蚀解体-流体侵蚀溶解，自应力开裂，热应力崩溃主要质量问题主要质量问题注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念F居中 、 替净 、压稳 、封严F完善的水泥浆设计(体系 性能 浆柱结构)F科学化注水泥设计(作业计划与合理施工参数)F过程控制与系统优化(材质 装备 监控 评价 反馈)提高固井质量技术要求提高固井质量技术要求注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念矿场生产关系: 钻井眼 评价测井 下套管用户控制（独立）注水泥 质

10、量评价 后续作业服务公司 测井与井下公司控制（独立） （独立） 提高固井质量技术要求提高固井质量技术要求水泥浆设计的系统工程概念独立控 制方式 很难保 证固井 质量注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念问 题：出现机率作业费用 修补成本 返高不足： 35% 5600 1960 管鞋出水： 25% 26100 6525 顶替窜槽： 5% 3000 150 气 窜： 5% 25900 1295 单井修补费用： 9930水泥浆设计的系统工程概念举例水泥浆设计的系统工程概念举例例A：与表层套管注水泥质量有关的补救费用（美.海洋）注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念作业类型：基本作业费补救作业费 补救/基

11、本费用表层固井： 18100 993055%技套固井： 52200 760015%尾管固井： 22200 26600120%产层固井： 23800 1990084%水泥浆设计的系统工程概念举例水泥浆设计的系统工程概念举例例B：补救作业成本与基本注水泥作业费用关系（同上）注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念气、水、油流体性质，裸眼、射孔、筛管完井方式，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水泥浆设计的约束条件水泥浆设计的约束条件油藏特性要求：地质条件限制 ：岩性、埋深、井温、地层压力一孔隙压力，漏失压力，坍塌压力，地层油、气、水的腐蚀性介质类型，钻井液条件，主

12、要体现在体系选型，结构和设计条件注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念井眼几何条件，注水泥作业工艺方法，地面施工装备配制及手段，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。水泥浆设计的约束条件水泥浆设计的约束条件工艺条件可行性 ：注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念陆地、海洋、钻机租用、资金占用及比例，投资回报率及收回周期。水泥浆设计的约束条件水泥浆设计的约束条件成本限制：地区矿业开采法规 ：主要是对地下水资源保护和海洋环保的要求注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念F配制与注替过程中保持可控的流动能力F在井

13、下温度、压力条件下保持足够的可泵时间和体系稳定性F静止后快速凝固并保持体积不变F凝固水泥石强度高，致密性好，抗腐蚀F有一定塑性，能抵抗射孔震动冲击固井作业对水泥浆的基本要求固井作业对水泥浆的基本要求注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念密 度： g/cm3流 动 度： cm凝结时间： hrmin 初凝终凝抗折强度：MPaAPI 规范：(APIspec.10)主要工程性能参数主要工程性能参数旧标准（GB-206-78）：注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念密 度：g/cm3动态平衡析 水 率：%（自由水含量）体系稳定性液态泵压，排量及顶替流态流 变 性：曲线设计性能波动失 水 量：ml/30min

14、.7MPa安全施工主要工程性能参数主要工程性能参数新标准（GB-10238-88）：注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念稠化时间：hrmin对套管保护能力耐久性 抗压强度：MPa 固态封隔能力渗 透 率：md测井响应主要工程性能参数主要工程性能参数新标准（GB-10238-88）：注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念F设计条件确定(井温、压力井眼几何条件)F水泥浆容积计算(返高、段长、充填量、灰量、水量、造浆率)F顶替液量(阻流环位置，套内容积)F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)F作业时间与设备配置要求及注替顺序F水泥配方(外掺料、外加剂、工程性能参数指标

15、)主要设计内容、依据、要求主要设计内容、依据、要求注水泥设计内容：注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念FAPI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 PracticeF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G由钻井液使用，井壁稳定性观察，岩性实验获得的坍塌压力F温度资料API规范表及计算公式实测完钻，开发井井温梯度及井底温度地区经验G计算机模拟器主要设计内容、依据、要求主要设计内容、依据、要求注水泥设计依据：注水泥设计基本概念注水泥设计基本概念F外加剂资料与使用规则G保持原浆水泥基本物理性能，达到需改善的性能指标，复配外加剂间相容 性良好；G设计水灰比下，体系不发生离析与沉降G初始稠度控制在1530BC内；G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；G有一定加量可控范围，加入量，浓度波动时，处理效能不与设计方向相反 ；G指明适应水泥级别，成本合理；G对人身，环境无毒害，不腐蚀套管。 主要设计内容、依据、要求主要