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1、1,油 井 注 水 泥 浆体系的确定与调整原则,2,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45,3,层间隔绝,密封,无窜流符合返高设计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,体系确定首先要达到固井设计的质量要求，即：,4,1.平衡失控漏失与
2、窜流2.置换不彻底，顶替不完全窜槽3.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,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：,5,矿场生产关系,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,独立控制方式很难保证固井质量,6,外加剂体系确定基础资料的取得,1、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2、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、钻井复杂情况的描述、井身质量等）、地质资料、套管实际设计情况、,
3、7,外加剂体系确定的基础资料的取得,2、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、前置液与钻井液相溶性实验情况）等。,8,外加剂体系确定的基础资料的取得,2、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。,9,水泥浆体系确定的约束条件,1.油藏特性要求(气、水、油流体性质，裸眼、射孔、筛选完井方式，酸化、压
4、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）2.地质条件限制（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）,10,3.工艺条件可行性 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4.成本限制 外加剂与水泥的费用规定5.地区矿业开采法规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,11,固井作业对水泥浆体系的基本要求,1.配制
5、与注替过程中，保持可控的流动能力；2.井下温度、压力条件下，保持足够可泵时间和体系稳定性；3.静止后快速凝固并保持体积不变；4.凝固水泥石强度高、致密性好、抗腐蚀性强；5.有一定塑性、抵抗射孔震动和冲击。,12,水泥浆体系的主要工程性能参数,1.旧标准:(GB-206-78)密 度:g/cm3流 动 度:cm凝结时间：h:min 初凝 终凝抗折强度:MPa,13,水泥浆体系的主要工程性能参数,2.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,动态平衡 体系稳定性 泵压排量及顶
6、替流态设计性能波动 安全施工,14,水泥浆体系的主要工程性能参数,抗压强度 MPa 渗透率 md,对套管保护能力 耐久性 封隔能力 测井响应,固态,15,水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求,确定的内容设计条件的确定（井温、压力、井眼几何尺寸）；水泥浆容积计算（返高、段长、充填量、灰量、水量、造浆率）；顶替液量（阻流环位置，套管内容积）；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）；作业时间与设备配置要求及注替顺序；水泥浆体系配方（外掺料、外加剂、工程性能参数指标）。,16,水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求,确定的依据API规范（材质要求、试验手段与方法，标准测试
7、项目）规范：Specification公告:Bulletin ISO-9001推荐方法:Recommended Practice,17,水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求,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。,18,水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求,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。,19,水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求,外加剂与水泥之间的相互作用市售外加剂与油井水泥，一般具有较好的适
8、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）。,20,水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求,外加剂与水泥之间的相互作用相同厂家不同时间生产水泥的C3A含量变化。,21,水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求,外加剂与水泥之间的相互作用相同厂家不同时间生产水泥的SO3含量变化。,22,水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求,外加剂与水泥之间的相互作用相同厂家不同时间生产水泥的比表面变化。,23,水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求,外加剂与水泥之间的相互作用储存时间对水泥活性的影响。,24,水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求,混合水对体系性能的影响固井
9、作业时混合水的影响主要体现在水的矿化度方面。,25,水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求,外加剂资料与使用规则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；设计的水灰比下,体系不发生离析与沉降；初始稠度控制在30BC内；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；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；指明适应水泥级别,成本合理；对人身环境无毒害,不腐蚀套管；注意外加剂对温度的敏感性和浓度的拐点等。,26,水泥浆体系性能参数与固井作业关系,密度地层压力平衡防漏与防窜；固化强度支撑保护
10、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）致密性-层间隔绝能力0.1*10m2外观收缩程度声波测井胶结指数10cm用水量与稳定性固相体积分数 0.350.8,27,例：,核心要求：体系聚结稳定性浆体体积凝固体积调整原则：在规定水灰比下合理加入加重减轻材料及外加剂,28,水泥浆体系性能参数与固井作业关系,流变性顶替流态要求达到设计流态下的临界排量；降低循环压耗受地层承压能力限制的流动阻力，泵注当量；地面施工密度控制好的流变性使配浆更容易；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。,29,水泥浆体系性能参数与固井作业关系,析水率体系悬浮稳定性多
11、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；体系均匀程度上、下密度差，水化反应前后体积差别；强度一致性整体水泥柱的支撑与卸载能力；内部缺陷测井声波响应一致性；核心要求：析水率 1.4%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。,30,水泥浆体系性能参数与固井作业关系,失水量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；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；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
12、；水泥浆变形形成进入地层缝隙的水泥浆，影响挤水效果：核心要求：100150/30min.7MPa保持必要流变性；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。,31,水泥浆体系性能参数与固井作业关系,稠化时间BHCT下可泵性变化安全可泵时间的长短；油井水泥质量净水泥浆基本物理性能是否符合要求；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；配方合理性检验曲线规整度反映水化特性优劣；核心要求:初始稠度30Bc,直角稠化时间 40分钟；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
13、近作业条件,BHP按泥浆压力梯度与压耗梯度总和计算。,32,水泥浆体系性能参数与固井作业关系,抗压强度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；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；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；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；核心要求：规定测井时间内，抗压强度14MPa调整原则：准确确定顶界BHCT，合理使用早强剂和缓凝剂。,33,水泥浆体系性能参数与固井作业关系,渗透率致密率 渗流能力（服从达西定律），限制流体通过能力；孔隙封闭程度抗渗透，抗浸湿特性，提高抗腐蚀能力；核心要求：
14、1.4MPa，不渗透；调整原则：降低用水量和总化学收缩量，使用超细堵孔材料。,34,体系确定程序,水泥浆体系性能参数与固井作业关系,井场外加剂,核实密度,流变性要求,析水要求,失水控制要求,稠化时间要求,抗压强度要求,井场水泥,井场水,满足,不满足,35,水泥浆体系性能参数与固井作业关系,体系组成结构冲洗液+领浆+尾浆+压塞液,36,水泥浆体系确定影响因素,水泥浆体系确定,确定计划,配方设计,注替计划,体系基材选择,作业类型,井眼条件,目的要求,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,37,水泥浆体系确定影响因素,施工计划的科学依据,井眼
15、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,38,水泥浆体系确定影响因素,井眼条件（井深与井温）：决定水泥选型（级别、特性）岩性与压力：决定体系特征要求（密度、外掺料选择）压力与温度：决定设计实验参数，决定性能要求,39,水泥浆体系确定影响因素,体系基材选择,触 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
16、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,40,水泥浆体系确定影响因素,41,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,42,水泥浆体系确定影响因素,43,水泥浆体系确定影响因素,配方设计,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,44,外加剂体系的使用原则,最佳配方设计方法在保证稠化时间不
17、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。,45,外加剂体系的使用原则,外加剂的混合顺序一般按消泡剂（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。,46,外加剂体系的使用原则,外加剂 5%BWOC外掺料 5%BWOC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,47,外加剂体系的使用原则,减阻（分散减水增密）调凝（促凝、缓凝）降滤（降失水）比重调节（密度调节：加重减轻）,48
18、,外加剂体系的使用原则,抗高温强度衰退剂（热稳抗衰）防污示踪（染色、萤光、放射）消泡（除泡、去泡、稳泡）特种（防窜、触变、延迟凝固、胶凝滞后）,49,外加剂体系的使用原则,使用须知化学配伍性协调好种类少线性度好,50,外加剂体系的使用原则,单调性强温度范围适当速溶系列化调节水泥浆主要性能，而对其它性能影响不大易于运输、存储、有效期长性能、功能价格比合理,51,化学成份简述减阻剂（有机物、聚合物）促凝剂（无机金属盐、有机物）缓凝剂（有机物、无机物、聚合物、纤维素衍生物）降滤失剂（有机物、聚合物、纤维素衍生物、有机聚合物）密度调节剂，堵漏，增强（普通无机矿物）消泡（有机脂、醚、酸等）特种（复合有机
19、、有机化合物）示踪（放射性元素、有机化学物）,外加剂体系的使用原则,52,外加剂体系的使用原则,减阻剂典型产品：萘及聚萘系：FDN,NF,UNF(芳香族化合物)M系：木钙,木钠(阴离子型)酮醛缩聚型:SXY,SAF,USZ，SZA，JZ,53,外加剂体系的使用原则,减阻剂使用注意事项: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.析水控制稠化曲线规整度强度无损伤,54,外加剂体系的使用原则,缓凝剂典型产品：部分带酸根的无机盐，羟基羧酸盐，有机磷酸盐，聚多糖
20、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。缓凝剂使用注意事项单调性线性度好耐温范围宽对析水，流变性，强度无不良副作用对降失水剂有宽的配伍选择性,55,外加剂体系的使用原则,降失水剂典型产品：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）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,56,外加剂体系的使用原则,降失水剂典型产品及研制单位工程院S24 纤维素+惰性微粒S27纤维素+阴离子活性剂G60胶乳聚烯类+交联剂西南院XS系列：多元共聚物聚胺
21、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,57,外加剂体系的使用原则,降失水剂典型产品及研制单位华北局LW系列：纤维素复合物MS系列：聚稀复合物研究院FC系列：共聚物类FC系列：纤维素+惰性物料,58,外加剂体系的使用原则,降失水剂典型产品及研制单位新疆局DS系列：纤维素与阴离子活性剂胜利局、长庆局HN、GJS系列：聚酰胺类SK系列：聚酰胺类四川局CT系列：改性淀粉类H系列：氧基缩聚物改性大庆局PA系列：聚烯胶乳类,59,外加剂体系的使用原则,降失水剂典型产品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
22、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。,60,外加剂体系的使用原则,降失水剂典型产品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,61,外加剂体系的使用原则,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。,62,谢谢大家！,
