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1、1,水泥浆设计技术,网淄廓萨阐蹈忘喻锡戚从橱捉捆体惑谨规筏缨程轿霍二渠脑靴钩穴末苏咐水泥浆设计水泥浆设计,2,介绍内容,第一部分 水泥浆的性能及其影响因素第二部分 选用外加剂应注意的方面第三部分 适合井况要求的水泥浆设计,撕禹彤弯葱妻岗泉肚洛稿苯衰荧碾疽哈希桌菏红晾弥状氯占澄碟官脆观房水泥浆设计水泥浆设计,3,第一部分水泥浆的性能及其影响因素,佯胁牧止洪秀耘苇泛鹊舟裳僧乙虑持芹腐胀笆裁淮昏党哟醒盗频坊琶萌像水泥浆设计水泥浆设计,4,一、描述油井水泥 及水泥浆性能的参数,水泥浆的性能(现行)国家和API标准 密度 自由水(析水)滤失量(失水)稠化时间 流变性能 水泥石抗压强度 水泥石渗透率,水泥
2、的性能 自由水 抗压强度 安定性 细度 稠化时间,水泥浆的性能(原)国家标准 密度 流动度 凝结时间 水泥石抗折强度,担来胸措丹们汇蝎侧色学灵绎信关奋全柑峨荔划顶板室稀芍专娄禽烬襄朴水泥浆设计水泥浆设计,5,二、水泥浆的性能,1、水泥浆密度 水泥浆密度是一个重要参数，主要由水泥、水、外加剂和外掺料的比例控制。一般含水量越小，密度越大。,赣斌圆弓誓何嘉波吵呛化遥飞烘软墒睫屋眨荫婪灯婚辖寻词治讥恕送招鸟水泥浆设计水泥浆设计,6,（1）用水量：水化需水量、标准用水量、最小用水量、最大用水量。水化需水量：在正常情况下，水泥水化和凝固的需水量一般为水泥质量的25左右。而水泥浆具有可泵性的最小含水量为38
3、。可见，实际水泥浆存在较大的游离水，主要以束缚水和自由水的形式存在。,晚颠颓郸芥窑疤倘竖犹瞬民姐著侥增突饰色巧唉扯苫暗缓悬圈墩交舰链望水泥浆设计水泥浆设计,7,标准用水量：按照水泥正常水灰比的加水量。如G级44，A、B级46，C级56，D、E、F、H级38。正常用水量：根据“水泥浆含水量的确定”，在室温下，水泥浆的常压稠度的最大值11ABc的含水量。最小用水量：根据“水泥浆含水量的确定”，在室温下，水泥浆在常压稠化仪中搅拌20min，其最大稠度为30ABc的含水量。,轩兼蟹显刻凛掣功随师迄贿旦读险钻江泪趾昆没钳刃猫埠笺七莉瘦蠕乘雾水泥浆设计水泥浆设计,8,最大用水量：为了使水泥颗粒保持悬浮，直
4、至凝固，根据“水泥浆含水量的确定”，在27条件下，水泥浆游离水不大于1.4的含水量。最佳用水量：根据“水泥浆含水量的确定”，在室温下，水泥浆在常压稠化仪中搅拌20min的最大稠度不大于11ABc，且游离水不大于1.4的含水量。在配制水泥浆时应满足2个指标，稠度和游离水含量。对它们的要求是随不同的注水泥类型而改变的。这与油井水泥的质量检验是两个概念（如标准规定，任何水泥浆在增压稠化仪中稠化1530min的最大稠度应小于30BC，对G级和H级水泥，游离水还应小于1.4%）。,纶贱延橙劫腔疆壁颧谎够哼陀笨殊郑年恕芬寡扶均超难恰储陡浅睫附拈屋水泥浆设计水泥浆设计,9,（2）密度设计：根据井下条件和施工
5、作业的要求进行密度设计。设计准则：满足井下压力条件限制。静液柱压力必须大于地层孔隙压力，静液柱压力与流动阻力之和必须小于地层破裂压力。满足顶替效率的密度差要求。尾浆领浆前置液钻井液。可能的条件下，考虑密度差0.120.24g/cm3，但密度越大，流动阻力也越大。,烧沃陇哩验嚼钥勤耙娃蛆液废视鉴扒垫灰菌舱牵放愿唬迟积豹层讼钧觉熙水泥浆设计水泥浆设计,10,满足水泥石强度和胶结要求。对于尾浆，特别是封隔油气层段的水泥浆，应尽量使用标准密度（同时，也有利于降低渗透率和孔隙度）。非胶凝材料加重剂和减轻剂应尽量少加。,西繁宝害卤吃挝菌篙裸桑骏素疡签丰夯三搏注蕉尿靶执等五璃虹怒檬蛊履水泥浆设计水泥浆设计,
6、11,（3）密度的调节方法：用加入外加剂和外掺料调节水泥浆的密度。水泥浆的正常密度范围是1.781.98 g/cm3。低密度水泥：加减轻剂。主要有空心微珠、硅灰、粉煤灰、硅藻土、水玻璃、膨润土等。高密度水泥：加分散剂减水和加重剂。加重剂主要有重晶石、钛铁矿粉、铁矿粉、盐等。,啄煌颐萤缮救难氨邵瘫剿钩彬柳日嚣萎役肝介培场田工淳匈私庇丢窿怔漏水泥浆设计水泥浆设计,12,（4）密度的测量方法：常压钻井液密度计、加压钻井液密度计、振荡管密度计和核密度计等。影响密度测量准确性的因素：温度压力、排量、水泥浆混合效率、空气混入、浆体稳定性、安放密度计的位置和取样间隔等。,凰盼盈闻猫评腥胰教农灼倒礼敝勃疾馁顽
7、泰魏五踊蛙职偶熔蘑阵焦并闯寂水泥浆设计水泥浆设计,13,2、水泥浆的稳定性,水泥浆的稳定性，已越来越得到人们的重视。实践已证明，许多水泥浆由于配方设计不合理，稳定性差，固相颗粒产生沉降，析出自由水。因此，容易形成桥堵或油气水窜流通道，特别是水平井和大斜度井更容易在井眼上侧形成连通的自由水带和在下侧形成固相沉降垫层引起窜槽。,搐聊掖版癌蜘已箱吩秒挚娄树贷瑟舷婆邵针睬管膜阜寝劣茨窘株悄铁偿傣水泥浆设计水泥浆设计,14,（1）稳定性的表示方法：,水泥浆的稳定性一般可用游离水量（水泥石的体积收缩量）、水泥柱的纵向密度分布和表示。实际应用中，只要存在上述情况之一，都认为水泥浆是不稳定的，即：垂直水泥柱存
8、在较大的密度梯度，和/或水泥浆静止2小时游离出较大的自由水。这两种现象单独发生，也可以同时出现。,扇事善之基赊痉貌汕薪纬核蠢陋绷沿羹净遏夸具兼逝恩雀狙弹绞洞航振躇水泥浆设计水泥浆设计,15,（2）稳定性的测量方法：,API标准的自由水；水泥柱纵向收缩；水泥柱纵向密度梯度（分布）。,蚊械霜谈斯挤棚拈芋标勉市蜀浪扮吨牢拍戌萌锹崭蒜轿渭捣队应司祁烁郭水泥浆设计水泥浆设计,16,（3）提高稳定性的方法：,提高水泥浆稳定性就是降低游离水量和沉降量，主要方法是增加浆体粘度和静切力。增加水泥浆的粘度：减少用水量（增加水泥或减轻剂或加重剂）、增加固相物细度、加入增粘聚合物（一般受温度影响大）。,磋啸辑之扣樊先
9、宣镍虽慎吏峭诵忿土逮爹壹粉烬延剧缓呢肩蒲汲均嘛潦真水泥浆设计水泥浆设计,17,增加水泥浆的静切力（胶凝强度）：一般可加入AlCl3、FeCl3和硫酸铝等。应注意的问题：应区分概念胶凝与絮凝。流变学角度，胶凝是由静止而产生的触变性，施加外力即可恢复流动；而絮凝则是生成具有结构性的絮凝物，施加外力不能分散流动，只能整体移动。化学角度，胶凝是生成具有胶体结构的凝胶；絮凝则是生成沉淀物。应注意静切力提高值应适当。要充分估计停泵一定时间内能开泵循环和不压漏地层。,语标或扯唯枯瞅硼啡百烬腺塌区蚜孵豹恃滔踪抹巴掂次累桑谅旷比蠢化壳水泥浆设计水泥浆设计,18,3、水泥浆的流变性,流变参数是描述水泥浆在外力作用
10、下，产生流动的特点的参数。它的合理描述和准确测量，直接影响准确计算注水泥过程的流动摩阻压力。常用流变模式参数有：PV、YP(宾汉)，n、k(幂律)，YP、n、k(赫巴)等。,酝赛涪淬撩澈捉隆血糯坍箩嚏媒哭玖素七伯号镍权含凿知谋刹惕镑禾彭奸水泥浆设计水泥浆设计,19,（1）流变性能的测定方法：,常压、常温或中温（82）,用范式35型粘度计；高温高压下，用增压流变仪，如7400型流变仪。只有正确的描述（模型选择）和测出（测试仪器和条件）水泥浆的流变性能，才能准确计算注水泥的流动摩阻，合理的安排地面设备，防止发生井下事故（漏失），提高顶替效率。,扮桥戊这循涕拍霖谚净当滔禹莎异意阮承乓之俄较螟篙绵砷陇
11、深暴涅蛾肖水泥浆设计水泥浆设计,20,（2）流变性能的影响因素：,水泥浆的流变学性质，不仅受其本身水化过程的影响，还受温度、压力、剪切时间、水灰比、外掺料和外加剂等的影响。,虎朵槛步写蠢训苞恰食定怪犯率保酌谆竿涡秸壤指约钻吃蒋篡页腺摩纶洪水泥浆设计水泥浆设计,21,温度的影响,一般情况下，温度对水泥浆流变性能有很显著的影响，其影响的程度往往与外加剂体系有关。,告接坝珐湿秋待肾狠疚孙好立税缀储渤辈帐杏靖谩保踌仲享闺撑曼待眩磁水泥浆设计水泥浆设计,22,压力的影响,一般情况下，压力对流变性能的影响不如温度明显。,子霄账猪杨凳焦狡蒸概眉喂摧帖筋死氮疤喊严牲着兽贝摄产袖鱼醒薪汀谩水泥浆设计水泥浆设计,
12、23,密度的影响,随密度的增加，水泥浆的流变性能有较明显的影响。这也是在易漏失井注水泥时，限制施工密度波动上限的因素之一。,惦桓候佃变脱悸撬妊架捂娜附舒居屋谬惑倦株萍冤琢克月檀损蛊后柄盖啃水泥浆设计水泥浆设计,24,4、水泥浆的滤失量,水泥浆中的自由水在压差作用下，通过井壁渗入到地层中的现象。API根据大量实践和研究，总结出了公认的滤失量控制情况。控制很好：200ml 控制中等：200500ml 控制较差：5001000ml 不能控制：1000ml,知笨充挫朴惩惺溜缘孝言洲误韧巍钳忧凋涧境乎僧午秋脸饼桥是的瞥篡敝水泥浆设计水泥浆设计,25,1982年D.K.Smith指出，6.9MPa下，不同
13、用途的水泥浆的滤失量，应达到以下要求：防气窜：3050ml/30min 固尾管和挤水泥：50ml/30min 固套管：250ml/30min 防窜水泥浆在BHST下测定，其余在BHCT下测定。,著乔贾蔑衍硒皂印奸敝仲菩弯厅谋驰舀佛栋尿舜碟慑睦弥恿峭让晶守乙竭水泥浆设计水泥浆设计,26,（1）降低滤失量的目的,降低水泥浆的滤失量，能防止因渗透性地层的滤失作用引起施工事故和油气层的损害。,骗诧嗓旬罕诣纶英概馒诲迸庙锚螟氨姨老枢颂顽称蕊澡忿刻财款翅卷棋煽水泥浆设计水泥浆设计,27,防止施工事故,水泥浆滤失量过大，会造成以下情况：生成过厚的滤饼，泵压增加，可能憋漏地层；过早的脱水，有瞬凝的危险；缩短稠
14、化时间，导致过早凝结；降低水泥石强度；环空桥塞，产生层间窜流。,垛誉概驹刷酚奢宪藻燥旁赐匙利俭寓磋滚嘱旗伙韦格肥凿灶徐羡魄咱酌疙水泥浆设计水泥浆设计,28,防止油气层损害,水泥浆滤失的滤液所造成的对油气层的损害，是长期关注的问题。滤液侵入使粘土膨胀、絮凝及坍塌；与地层水反应生成沉淀；与钻井液滤液反应生成沉淀。,幢馏莉恕东配熄憾葵操支附鬃接左仰鳃预澜饱滨抒骇盐夺耿桔绚汁屿漠案水泥浆设计水泥浆设计,29,（2）降低滤失量的方法,在油气井注水泥中，降低水泥浆滤失量的方法有：降低水灰比，减少自由水；改善水泥浆固相颗粒的粒度级配，增加微米级细颗粒的含量；加入降失水剂：增加水的粘度；迅速形成致密滤饼。值得
15、注意的是：选择能迅速生成滤饼，而不明显增加粘度的材料作降失水剂最好。典型的有胶乳和非渗透剂。,卉达抖些铡屁佬摈橡拷隧驱大布蓝聂忧儡筑进赢晨辫忍滁班毋仆搏突缎抒水泥浆设计水泥浆设计,30,（3）降失水剂类型,常用的降失水剂主要有两大类：微粒和水溶性高聚物。微粒材料 无机固相材料，如粘土、超细钙、微硅等；油溶有机材料：如胶乳。常用的有丁苯胶乳（176）、二氯乙烯和聚醋酸乙烯酯（低于）等。水溶性高聚物 主要包括：合成的水溶性聚合物和改性的天然高分子聚合物。,冕发称株奶勒透樟嘿肥葛当寅起氦文旅衙期库胺督箕晚纺痹级密脾冬勋奈水泥浆设计水泥浆设计,31,5、稠化时间,在注水泥施工中，由于水泥颗粒的不断水化
16、，水泥浆的粘度将逐渐增加，直至增稠至不能流动。为了保证注水泥作业的施工安全，必须事先测定水泥浆在与井内相同温度和压力下的稠化时间，作为施工作业时间的依据。,衰趁雷陷感傈祟玉歌属岸卜掖性鹿姻踢确阅蕾饶届幸斟导鸳鳞滤逐贸味氟水泥浆设计水泥浆设计,32,（1）可泵性与稠度,对水泥浆的可泵性与稠度的关系，目前仍然说法不一，但一般认为：容易泵注：5 20BC；不易泵注：20 30BC；难于泵注：30 40BC；不能泵注：40BC（也有认为高密度50BC）；易沉降，伴有自由水：5BC（也有认为2BC）。值得注意：说法虽不一，并无防碍，因用稠度描述可泵性只是定性的，实际施工中是以流变性作定量设计的。,尚海皋
17、震晶卉雍懒骇蜡诫锚赴害映涯访毒忽磐涧堂筋沏廉这肖瑞碑靴眶职水泥浆设计水泥浆设计,33,（2）稠化时间与初终凝时间的关系,初终凝时间是用韦卡仪在静止状态下测得的，稠化时间是用稠化仪，在水泥浆始终处于运动状态下测得的。尽管所用仪器和水泥浆所处状态都不相同，但仍存在一定的关系。以下是摘录自苏联一专利的数据。,滚乱传陈批谢倡文日涉涵飘尉滑惩程丛等兢强仓雕估西克令旱营骄坞漾户水泥浆设计水泥浆设计,34,稠化时间与初终凝的关系,从表中数据可以看出，一般情况下，稠化时间比初凝时间提前，大约在1530min之间。国内作初凝时间一般都是在常压下进行。温度相同，压力不同时就没有这种关系。,伊对桌爸志蒜奏陨泼蛙惫铬
18、剩肠红毛花尊兜眨馏淫懦篡坷固篙辟倒愈葫化水泥浆设计水泥浆设计,35,6、水泥石强度（抗压强度）,固井注水泥的目的之一，就是在井壁与套管之间保持良好的封隔，在正常生产时间内的任何时候，都不允许地层流体或完井液通过水泥环在环空中流动。（1）水泥石强度作用主要包括3方面的含义：承受地层压力；支撑套管；封隔地层。,兄丽蹋豪冷矾抗舅运戍疲暂迸熙件涡倾蝶洗阅馋毕麦阁允鳖郝顷淑铱郝吧水泥浆设计水泥浆设计,36,（2）水泥浆的固结特性,要保证水泥石与套管和地层之间的胶结质量，达到有效封隔地层，应考虑两个胶结特性：剪切胶结力和水力胶结力。剪切胶结力：支撑套管的自重。一般通过测量水泥石与套管间开始产生移动时的作用
19、力确定，用单位接触面积上所需作用力的大小表示。一般情况下，剪切胶结强度为抗压强度的1020%。值得注意：水泥环达到最大剪切胶结强度的时间与养护温度有关（如20为7d，70为3d），且最大剪切胶结强度的大小与表面粗糙度和温度有关（粗糙度增加最大胶结强度增加，温度升高最大胶结强度一般要降低）。,粥凄灯抒偶肄着钒敷罪柱苟戳护阶炽于抨家托峡糊鸣瞎柒灯井拢亮脐驰军水泥浆设计水泥浆设计,37,水力胶结力：水力是阻止流体在环空中窜移的能力，一般通过测定套管与水泥环之间开始渗漏的压力确定。对于有效封隔地层来说，水力胶结强度比剪切胶结强度的作用更大。,钒闻移肄迪窜矢捅皮罗菱剧笛禁蛀腊纸暇非堪盐候别境瞧功点畔校好
20、蝉吮水泥浆设计水泥浆设计,38,7、水泥石的渗透率,渗透率是一定压力下，水泥石允许流体通过的特性，单位m2。一般情况下，对水泥石渗透率不作要求，用于封固腐蚀性地层应尽量降低渗透率。,躇事律桩式喧廖碳懂局土肮渭寞叮殆溪溪丁桶咯鲤迂部见个沫伶涨前震棕水泥浆设计水泥浆设计,39,第二部分选用外加剂应注意的方面,夫犊腾疮来遁瞻静贡殉谐肋圣惰乐拐酬剩梨摄薛镁朱翔逼甄半玄列兽谅宛水泥浆设计水泥浆设计,40,在选用水泥外加剂时，应该注意的问题有：首先要考虑选择同一公司或厂家的系列产品，否则，必须进行相容性试验；缓凝剂应选择适应温度范围广，稠化时间与加量的线性好的产品；降失水剂应选择能形成致密薄滤饼的产品；分
21、散剂应选择不起泡或消泡容易的产品。,衡寸看梯逾公辙阀览是拭港蘑溺互盟维忻谓刹逝芦声退喘铝衷旷眯好他攫水泥浆设计水泥浆设计,41,1、外加剂对温度的敏感性,外加剂的效果容易受到井下温度的影响，使用时，必须认真考虑外加剂的适应温度界限。一般认为，在接近适应温度上限时，通常就不再选用，而应选用适应温度更高一级的产品。这样，不仅能保证设计性能要求，而且能使性能稳定可靠。,戈绢扬极掏秃冤子户僧黔麓枉腋补勉摆责泅然欣尚蝎着尼驰蕉酣集橱支彩水泥浆设计水泥浆设计,42,2、外加剂对浓度的敏感性,外加剂对浓度的敏感性，主要考虑缓凝剂，其它外加剂对浓度的敏感性常常影响不大。缓凝剂浓度与稠化时间的呈现以下关系：（1
22、）与浓度成线性（2）与浓度成幂律型（3）与浓度成对数关系（4）与浓度成不规则变化。,驻夯樊琢侣几命扣仗兔扼侩绢派嗅艰淮拈毅改体尔浴抢瓮淄结邯释悦仍抨水泥浆设计水泥浆设计,43,3、最佳配方的设计方法,在水泥浆配方的设计中，使它的各项性能都达到设计要求，通常是较难的。一般是在保证稠化时间不太长的前提下，调节降失水剂与分散剂的加量，以便具有较低的失水和良好的可泵性。在实验室，应仔细测定降失水剂与分散剂的浓度比（它们之间的作用是相当复杂的），以使最小的加量达到最佳的效果。也就是说，应该综合考虑降失水剂和分散剂的比例，以达到成本最低，效果最好。,敝只论蔚孤适糖勇复寺隧霖杖磁像席纺岳本迎剃狐邦扛侵灯也扯
23、的饯拿聊水泥浆设计水泥浆设计,44,4、外加剂的混合顺序,通常，外加剂的加入顺序为：消泡剂、降失水剂、分散剂、缓凝剂。当然，实际外加剂体系的加入顺序，应根据外加剂厂家的推荐，通过室内试验测定，并把确定的顺序以报告的形式告知固井作业人员，以便正确施工。,切毫糜荐荚慎潘片彬械棠箕会忿嘴攘紧垦皮违苟晨瓢酸械宗拼蚀腹察洁胀水泥浆设计水泥浆设计,45,第二部分适合井况要求的水泥浆设计,约妻播啤磋滋键连靶谚引檄共技柞讨稼拦牵砷数澎拱愿续巷驯腮氖荔凸卑水泥浆设计水泥浆设计,46,一、水泥浆体系研究与控制因素,1、水泥浆体系的控制因素 外加剂、外掺料类型及性能；优选外加剂组配；外掺料与水泥间粒度级配。,鬃暖睦
24、挝怒剧太甜骨挞赏萍诌趋颤何捷搅狠恒伤蛤力焕许坤射感哺佛勿乐水泥浆设计水泥浆设计,47,2、水泥浆主要特殊性能及控制,(1)稳定性评价分析 API自由水不足以反映体系稳定性 高密度水泥浆体系固相颗粒沉降控制途径固相颗粒下沉速度取决于密度差细度；体系保持稳定性应具有的最小静切应力和颗粒下沉速度；低密度体系应选择相对密度较高颗粒较细的减轻剂；高密度体系应选择相对密度较低颗粒较细的加重剂。合理的外掺料级配有助于提高体系稳定性,因力下琴怠景衡仰痉垂贫掩李弧虑朱避自煞剖轨虞溅姑篮靡摊败绊生沧垫水泥浆设计水泥浆设计,48,(2)流变性研究 流变性对固井作业的影响配浆密度控制；设计性能与实际性能出现差异；作业
25、设计与实际执行效果。配方组份对流变性控制的响应固相材料的合理搭配能改善流动性与稳定性的协调；不能过量使用减阻剂牺牲体系稳定性；复配、减阻、调凝、降失水要掌握单剂效能；调节流变性必须注意总体性能协调。,仓窜撕画肃遍酱好区瘸丈初陕祈荣枯十顷召虱桌靴捶混乒井柱雄枚傲烫魔水泥浆设计水泥浆设计,49,高温高压对水泥浆流变性能的影响 温度对水泥浆流变性影响显著；压力对水泥浆流变性影响有一定作用范围；配方变化会使HTHP流变性出现不同的响应方向；流变性在HTHP下的变化会导致摩阻增加或降低，影响平衡压力设计和顶替流态设计；高温高压流变性必须用专门手段测定掌握；三参数流变模式能更好的描素流变特性，计算机辅助设
26、计是必备手段。,寄创任笼和钢扦闻茶郝苟虽见汇强裂验玩胆法心酉头碧论基赴学棠愚峰岿水泥浆设计水泥浆设计,50,温度压力对泥浆与水泥浆流变性的影响,高温高压下水泥浆流变性将发生较大变化。,睬封撇琵应瞅曼缨沪楼厄同资童如逼置皖壮塑宽珠虫糜怕轻宵安帅霜聊楷水泥浆设计水泥浆设计,51,(3)水泥浆体系防窜性能的研究与设计 根据水泥浆失重机理提出防窜水泥技术路线 延缓水泥浆胶凝速度，尽量延长液态非胶凝时间；缩短水泥浆的过渡时间，加快过渡期胶凝强度的发展；控制API滤失量，尽量减小化学体积收缩，提高致密度；合理组配外掺料、外加剂，增大气侵阻力及其变化速率。,贬挽唬糊票膨静专疹狐蔽歼锗辩赣萤佐隶亩渡炯兢甥桃快
27、兔萌诱卡亿淄悉水泥浆设计水泥浆设计,52,防窜外加剂评价选择 高效降失水并提高有效粘度；封堵孔隙，增大气体运移阻力，形成触变；维持高孔隙压力，延缓压降速度；缓凝剂有效延长非胶凝时间；优化组合使用外加剂，合理发挥主效功能。,皇尤往氢暑如春饼盅酒醒日濒嗜菊硫睦尾辰纤福梯挟莲斌赏蹬归牙攫函姜水泥浆设计水泥浆设计,53,二、水泥浆设计,为适应各种井况固井的要求，根据要封固井的地质条件的不同，水泥浆可分为：按密度分：高密度水泥浆；低密度水泥浆。按特定功能分：大斜度井或水平井固井水泥浆、防窜水泥浆、抗盐水泥浆、抗腐蚀水泥浆、增塑抗冲击（防裂）水泥浆等。,挎龟酿赃亡烽宣王琳课渣同除剧争乏藤酣愚谴坐投柑烛峭夸
28、巷啡艾艘茂完水泥浆设计水泥浆设计,54,以下简单介绍几类典型水泥浆的设计方法和设计中应重点考虑的问题。,贬冤辅敞匡柿扎备壮雀读三菊调闹罚令推雅继貉贱歼诲笔捣苇肘厨瓦瞻旗水泥浆设计水泥浆设计,55,一、高密度水泥浆,包括高密度和超高密度。一般认为，高密度：2.002.30g/cm3；超高密度：2.30g/cm3。,阵锨魔纷恭庄刁领诅佛庙唁委毛徐蟹惠诣此陕撵铸闰维溯畜揍全抱事千稳水泥浆设计水泥浆设计,56,1、高密度水泥浆体系的设计难点,水泥浆密度高，需要加入的加重剂的比例大，如何解决水泥浆体系的悬浮稳定性与流动性，水泥石的强度与浆体密度之间的矛盾，是高密度水泥浆设计的难点。,规椅班艘淀结茵呆烂涟
29、苞赫辨踏霞纤币万坠储只捅亏勾珠执哨兰镁粱诌恬水泥浆设计水泥浆设计,57,2、重点要解决的技术难题,（1）在满足配浆和注替浆对流动性性能要求的前提下，如何保证水泥浆在注替过程中停泵时沉降稳定性和凝结过程中的体积稳定性，包括析水、水泥石密度分布和凝结过程体积收缩等；（2）在满足密度要求的条件下，由于加重剂的加入量高，水泥胶结相的减少，如何保证水泥石的强度及其发展。,绍冤篙磷盈洲边殊黄缨龙杭谣减兽莫招尖筒哪霸节毒嗜海坑恍踞聚汞揭苑水泥浆设计水泥浆设计,58,3、高密度水泥浆体系设计的技术关键（1）高密度和超密度水泥浆的稳定性与流动性之间的协调；（2）高加量加重剂和低胶结相水泥与强度至间的协调。,4、
30、研究采取的具体技术方法：（1）选择恰当的水泥与加重材料配比；（2）体系固相材料应具有合理的粒度级配；（3）外加剂组配应使水泥浆性能易于调节。,沈桃钧知友滨容嫡旷溶狐阉帝棘置参全谆拳簿郴疏滤充眠稳约洲备垮深笛水泥浆设计水泥浆设计,59,5、高密度水泥浆配方设计,（1）加重材料的选择 主要考虑3个方面的因素 加重剂粒度分布与水泥相匹配。颗粒太粗易使水泥浆产生沉淀，太细会增加水泥浆粘度；用水量少，有助于提高强度；加重剂在水化过程中与其它外加剂有良好的相容性。,抡幌曙崭丫讫姬邹刨杉擒强悼郝慰矢诞减纷草萄琴威近横筏佛灶柞玖琴醚水泥浆设计水泥浆设计,60,筛选加重剂的基本程序,浆体密度,流动性稳定性,抗压
31、强度,稠化时间滤失量,初选加重剂,确定加重剂,山驯惟柠毗屁秉钱缀敞弟布竿缘搞铂哀稚栋副抖贸伙晓镜炯那俊褂栈都惋水泥浆设计水泥浆设计,61,加重剂的选择与水泥浆密度（a）2.50g/cm3 2.60g/cm3：特选赤铁矿粉加重，铁矿粉密度约4.90 5.00g/cm3；（b）2.30g/cm3 2.40g/cm3：特选赤铁矿粉与钛铁矿粉以适当比例加重；（c）2.20g/cm3 2.30g/cm3：重晶石、钛铁矿粉，或两者以适当比例加重；（d）2.00g/cm3 2.10g/cm3：重晶石、钛铁矿粉以适当比例加重，或用H级水泥。,彬世锤迎呵镐辅董眯常街腥此苦杨布乞狄忽淬宇址棱城毒咸氢奶哺罐掖忌水泥
32、浆设计水泥浆设计,62,（2）高密度水泥浆稳定性和流变性,高密度水泥浆稳定性 理论研究结果表明：加重剂下沉速率V与加重剂自身密度0和加重前水泥浆密度S的密度差(0-S)以及加重剂颗粒直径d成正比；保持水泥浆稳定的最小静切力s与密度差(0-S)和粒径均方d2成正比，与浆体塑性粘度S成反比。因此，当加重前的水泥浆密度S一定时，应尽可能选择相对密度较低和颗粒较细的加重剂；加重剂与水泥、热稳定剂的混合比例适当，使加重剂下沉速度V最低和保持浆体悬浮稳定能力的静切力s最小。,运颤隘组橱增凋芭索隐疥融塌粉给绑棉猴享壮乖肛奶夷恼欠羚卯阉户致钱水泥浆设计水泥浆设计,63,外掺料的密度及粒度分布（v，%）,技案蝗
33、陈跟诧侩呀猜惶寸桨乘贷萝刑淹婶鸡款蛤斜行伊斯贴萎舱逐额棘幼水泥浆设计水泥浆设计,64,乎懦悼泼末桅墅酥扣沧海微擅耙慰咸踩撕盲阔氖生房贿辜福掉椒狄崎讥缺水泥浆设计水泥浆设计,65,加重剂的特性及配浆密度,第蚌儿注炙悍寨阶情旱镇酸卡蕴诱抹锥贝鸣疯横纸语身淖挂疫苫钥魔坝辞水泥浆设计水泥浆设计,66,水泥浆流变性 大量室内研究与现场应用实践表明：水泥浆流变性能与固井作业中保证地面混配密度、降低流动阻力、调节顶替流态、平衡注水泥、增大水泥石致密性等密切相关。由于固井工程对水泥浆有多方面的性能要求，而这些性能又相互影响和制约。因此，在设计水泥浆的流变性能时，必须同时兼顾整个工程对水泥浆体系的稳定性、滤失量
34、、稠化时间、抗压强度等性能的要求，以达到既能满足安全泵注、良好顶替的要求，又能满足静止悬浮稳定、减少回落、提高致密性保证层间分隔效果，以及后续工程作业的要求。,裕镣遣若辙坞脾炊踌崔借铃董捉坯贵支送逼侠浙魂走琼渐庄葫携氢继坊荆水泥浆设计水泥浆设计,67,外掺料及外加剂对水泥浆流变性能的影响,毡衡串齿切指优兄芦纸浸缚晴槐连弯普俱区嗣呢章唐垦您撒琼躇著茨氧杆水泥浆设计水泥浆设计,68,（3）高密度水泥浆配方设计,（a）加重剂和热稳定剂的加量水泥浆密度2.10g/cm3：加重剂050%，热稳定剂35%；水泥浆密度2.20g/cm3：加重剂约50%，热稳定剂35%；水泥浆密度2.30g/cm3：加重剂1
35、50%，热稳定剂35%；水泥浆密度2.40g/cm3：加重剂170%，热稳定剂35%；水泥浆密度2.50g/cm3：加重剂200%，热稳定剂35%；水泥浆密度2.60g/cm3：加重剂300%，热稳定剂35%。,吏严杰膏伴梯逻吞挪滋乍娶阂永忱颠竞惊药落丫段拱索竹浴简戳侯割万柔水泥浆设计水泥浆设计,69,（b）液体水泥外加剂体系 中温H级加密实验，浆体密度为2.10g/cm3,盘转擞逸宁瞅判祭妖巷而揍淡憾檀局邯施板镶州库萄搞总辣敞馅鹿终很越水泥浆设计水泥浆设计,70,高温H级加砂加密水泥，浆体密度为2.10g/cm3,谨读哲迂滥笛茸捌军难必恬结隆仕燕难油佩乱敛泊脾盐癸货穗跨附肮厄扎水泥浆设计水泥
36、浆设计,71,中温高密度水泥浆（2.302.35cm3）典型配方,尚壬训极珐右沤摆哉功喜貌讥辱味揽泰渤躁谊窘住负脖孤射莉氖比措钦禁水泥浆设计水泥浆设计,72,高温高密度水泥浆（2.302.35cm3）典型配方,试纤诡谁怂宋竿驻兹那氢择芹缎狮缝症睫论杖恃柄盯乖哩携冰葵声亿沙纶水泥浆设计水泥浆设计,73,（c）液体水泥外加剂体系,（105）密度2.30g/cm3高水泥浆的配方及部分性能,丧徊驾撬坦哨援汐腰镜拉疚盯绚逸作掏巡有染禾互刮拉鲍族媚盒遂凹姓千水泥浆设计水泥浆设计,74,（120）密度2.30g/cm3高水泥浆的配方及部分性能 由表中数据可见，2.30g/cm3的高水泥浆的综合工程性能良好。
37、在105和120循环温度下，失水量控制较好，在100ml左右，析水较低不大于0.5，水泥石抗压强度在13MPa左右，稠化时间易于调节。,晦运毁箍睛助呀横倾卒蚀每咐莽镁你佣沃屈咽余郎量伺屏酞祈括纷国疮绚水泥浆设计水泥浆设计,75,（105）密度2.40g/cm3高水泥浆的配方及主要性能,聘操培篡艺狱膝芋诗漠绕掸朽傀腆藉衙冶酣羊供埂帐画嗣箕赦涟待向华誉水泥浆设计水泥浆设计,76,（120）密度2.40g/cm3高水泥浆的配方及主要性能,由表中数据可见，2.40g/cm3的高水泥浆的综合工程性能良好。在105和120循环温度下，失水量控制较好，未超过100ml，析水较低不大于0.5，水泥石抗压强度在
38、12MPa以上，稠化时间易于调节。,腐等朵茸恨砸懂蹬抗悸抢钞浙郴键黔贩详惑蛀豌妄硝做雅芒嫌矿猖绿闪患水泥浆设计水泥浆设计,77,（105）密度2.50g/cm3高水泥浆的配方及主要性能,查谨韭逞剂润全兢态瘤弥捷仰图肯狡辽寓屁认见趟昭葫缮脱悦邢玲呈呻错水泥浆设计水泥浆设计,78,（120）密度2.50g/cm3高水泥浆的配方及主要性能,由表中数据可见，2.50g/cm3的高水泥浆的综合工程性能良好。在105和120循环温度下，失水量控制较好，未超过100 ml，析水较低不大于0.5，水泥石抗压强度大于12MPa，稠化时间易于调节。,按卤防幂涅纫音炭申甥晚忙缮求装已氧铃勃尉知包魏捎昼叙弹渤唐砰唾闪
39、水泥浆设计水泥浆设计,79,（105）密度2.60g/cm3高水泥浆的配方及主要性能,博他漫河崩拜醒宦膝愿劲锯逊斑讫坡逻余青除煤许等砍幢肘唐爪听吹字证水泥浆设计水泥浆设计,80,（120）密度2.60g/cm3高水泥浆的配方及主要性能,由表中数据可见，2.60g/cm3的高水泥浆的综合工程性能良好。在105和120循环温度下，失水量控制较好，未超过100ml，析水较低，不大于0.5，水泥石强度在12MPa以上，稠化时间易于调节。,无翻熔维主惟氛迫鸯婆绑失损仲膨罪缄蔽构窍礼完婶爷零勘弊濒撰陵拾譬水泥浆设计水泥浆设计,81,（d）中温（HBST）超高密度水泥浆,典型配方,忻就仆跺赁费蚂灌淋客晾衷蜜
40、沟台斤瞎呀脱瑞傅束呸逗勃员疙衔理柞郭奥水泥浆设计水泥浆设计,82,典型配方的主要性能,悸痛柱征庇旱耍邦笼钝栋塞铝喻霓裙讣缺喳极二掂抛心斜母吓矾烷挖并琅水泥浆设计水泥浆设计,83,二、低密度水泥浆,1、低密度水泥浆的设计原则 配制低密度水泥浆时，要求和希望水泥浆具有密度适度，综合性能好，价格低，使用方便可靠等特点。一方面，因所选用的外加剂不同，会得到不同的效果；另一方面，也会因设计时偏重某些因素（密度、流动性、成本等）的考虑，会使水泥浆的使用效果受到影响。因此，要设计出固井要求的低密度水泥浆，必须合理选材，并遵循低密度水泥浆的设计原则。具体主要有：,畏丝癌紫镭墟柴瘸疥饰念电蒙娃丫馁疚峭抬蒙蜘谬傲
41、营减宝瑰怔厨沿嚼霜水泥浆设计水泥浆设计,84,（1）配制出的低密度水泥浆应具有可靠的稳定性。要求水泥浆在给定条件下析水小，体积收缩小，浆体不发生分层离析，形成水泥石的密度分布要基本一致；（2）浆体密度应满足要求。降低浆体密度，应主要从减轻材料的选择着手，不能盲目增加用水量，用水量应限制在所选减轻剂允许用水量范围内；（3）满足工程上对水泥浆各性能的要求。在保证施工要求的流变性能和滤失量的前提下，特别要注意水泥浆的早强特性和稳定性与综合工程性能的协调一致。,渤局寒没欢那蒋铜戚进惶拒泡娟个耻颗皂挚寻犁息赣腮蜂扁族汹彦佰毋材水泥浆设计水泥浆设计,85,2、低密度水泥浆减轻剂的选择,低密度水泥浆的减轻料
42、可分为两类。自身密度较大，主要靠增大用水量来降低密度。这类材料有粉煤灰、膨润土、膨胀珍珠岩、火山灰、水玻璃等。但为了保证浆体的稳定性、均匀性和强度，用水量受到限制，否则难于保证浆体的综合工程性能，这类低密度水泥浆的密度一般在1.50g/cm3以上，且应用温度要求较高。自身的密度小于水。如空心微珠、空气、氮气等。用这类材料作减轻料配制低密度水泥浆，在较低用水量时，就可获得较低密度的水泥浆。对于低密度水泥浆，重点要解决的是水泥浆的沉降稳定性和早期强度问题。具体选择哪一种减轻料要根据密度的要求和应用条件等综合考虑确定。,掉谤棍抖邪囊肆痢吧切幽邵平址淮裤饲铱尼袒旗语杭招迹攘嫡描浩绝主肇水泥浆设计水泥浆
43、设计,86,（1）浅井固井低密度水泥浆减轻剂,封固低压易漏浅井的低密度水泥浆，选择减轻剂时，重点考虑的因素有：一是要根据水泥浆的密度要求，确定适当的减轻剂，需水量要低；二是所配出的低密度水泥浆，在低温条件下强度发展要快。,雾押陋美探炸渺竞咎蘸圈黔垣搏奸捷医彩罗贝殴阮热凰豹莆总奏广久蹦柄水泥浆设计水泥浆设计,87,（2）深井超深井固井低密度水泥浆减轻剂,封固易漏失深井超深井的低密度水泥浆，选择减轻剂时，重点考虑的因素有：一是要根据水泥浆的密度要求，选择适当密度的减轻剂，需水量要小；二是所配出水泥浆的密度受压力的影响小；三是所配出的低密度水泥浆，在井下温度条件下强度发展要快。,砂帝肿贼丽或轩耘走汤
44、硝醛陕影得危碉席悼速渴逞祈隋酪懊啤峰扭字绥桅水泥浆设计水泥浆设计,88,3、低密度水泥浆,（1）空心微珠低密度水泥浆 空心微珠 具有密闭、粒细、质轻和活性等特点，其壳体主要由硅铝玻璃体质组成，与水化产物Ca(OH)2和矿物中CaSO4作用，生成具有胶凝特性的产物，有利于水泥石强度的发展和渗透率的降低，是一种良好的减轻剂。,准覆枉秀铃土凌南掩车革食悸告贿动灌丫俯太获补暂和敷湃豁彤盛夷抬黎水泥浆设计水泥浆设计,89,低密度水泥浆的性能序 密 流动度 析水 失水 流变性能 稠化时间 强度 渗透率号 度 cm%ml 0(Pa)s(Pasn)min MPa/48h11.30 22 0 192 3.53
45、0.069 210 11 0 体21.40 21.5 0 158 2.55 0.087 245 14 0 系31.50 22 0 124 4.11 0.076 232 16 0 141.30 21.5 0 120 3.31 0.062 183 12 0 体5 1.40 22 0 78 3.82 0.075 210 14 0 系6 1.50 22 0 60 3.27 0.078 228 17 0 2,浴澳里油圣卤冰吏叛蠢得庙此怜糕伯晴卧粕贮唬擎闸措抉灿鸳乖某稽挎狐水泥浆设计水泥浆设计,90,空心微珠低密度水泥浆设计应特别重视将提的稳定性,浆体不稳定，空心微珠上漂，水泥颗粒下沉，导致空心微珠完全分
46、离。,蒲匠肮饰笨堰磐钠凉阐筋润够怕驰韶扒感握韦暖疼测召泼咆印稿蕴皱探廊水泥浆设计水泥浆设计,91,（2）膨润土及其水泥浆 膨润土本身密度较大，配制低密度水泥浆时，主要靠增大用水量降低密度，在足够水量的条件下，膨润土的体积可膨胀15倍，但干燥后又缩小恢复到原来的体积。因此，浆体凝结后收缩量大，水泥石强度发展慢。1.55g/cm3膨润土水泥浆试验结果是：析水达1523%，体积收缩率达1825%，48h抗压强度7MPa。,谱撮源绘狱章吓哼冲迫电疑这什噶看良汤判讫请趴幽竟痛箕摹伸锑训譬挠水泥浆设计水泥浆设计,92,膨润土低密度水泥浆的体积收缩情况。,朔尸骸婶茫莱待性晋香偿烃肺墙趣椒图疹膘秸娃答牵萨善胯
47、你捷倪砧揽凰水泥浆设计水泥浆设计,93,（3）粉煤灰低密度水泥浆 粉煤灰 粉煤灰的主要成分是SiO2，Al2O3，密度一般为2.02.5g/cm3。作为减轻材料，具有成本低的优点，但由于减轻剂本身密度较高，粉煤灰低密度水泥浆密度一般不能低于1.50g/cm3，否则，其综合性能难于保证。,清障锁簇吨蚜冈普狡痢财松述润柿料湖彤买琼斥喧痘潜椿爷裳虏毕殃挤灶水泥浆设计水泥浆设计,94,粉煤灰低密度水泥浆的性能,准腔夫极骗铂乡萤捷忻妊寡拇蹦洱怯钨哇琉任披族艾伍汲社蒸就钵锡样种水泥浆设计水泥浆设计,95,设计差的粉煤灰低密度水泥浆,瞬马病挠嵌稚镇腊疫蚀收亭只幻邑等巨镀祈虞语痘亡剔归予失檄虑诣坍盛水泥浆设计
48、水泥浆设计,96,（4）硅藻土 硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要由硅藻及一部份放射虫类的硅质遗骸所组成。由于它具有质轻，孔隙度大，密度低，吸附性强和一定的化学稳定性等特殊性质，因此是一种重要的非金属矿。硅藻土的主要成分SiO2，固结在硅藻壳外壁和硅藻壳微孔内有少量Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和有机杂质等。,道捕星惩熊悦奇耗绞闻潞宴脑贷彪民稀叙噶句菲舰泉冉顾麦靡襟每坦籍粒水泥浆设计水泥浆设计,97,硅藻土低密度水泥浆的性能,单侵杖洱播辅诊等针套桔扛束爵色坤志艺磨绢煌仙己辙芳叫莉搜柿浴埠禁水泥浆设计水泥浆设计,98,三、抗盐水泥浆,目前国内外对封固大段盐层的固井水泥浆设计，有两种观
49、点：贫盐和富盐。(1)“贫盐”水泥浆是指含NaCl在15%以下。这类水泥浆，通常具有稠化时间易于调整和高的早期强度，且滤失性能易控制，浆体的流变性容易调节。但由于浆体含盐量较低，水泥浆在流经盐层段或在盐层段候凝时，有溶解盐岩层的趋势，而有可能改变水泥浆的流动特性或凝固特性，影响水泥石的胶结质量。,秤不挞铅息筋克互禽椽伺谓尧寨肢真动烦胰斩讹州望汀错乏弊尖乡棱呈脆水泥浆设计水泥浆设计,99,(2)“富盐”水泥浆是指含NaCl在1537%之间(饱和盐水水泥浆含盐约为37%)。这类水泥浆的突出优点是，在流经盐岩层或在盐岩层段环境凝结过程中，能维持水泥浆原有设计性能，有利于保证固井施工的安全和盐岩层的胶
50、结特性。这是由于富盐水泥浆的自由水已溶解有较多的盐，水泥浆在流经盐层或在盐岩层段候凝过程中，进一步溶解周围盐层趋势很小。然而这类高含盐水泥浆也容易出现稠化时间过长、调节困难，水泥石早期抗压强度低候凝时间长，浆体滤失量控制差和粘稠而流动性不好等问题。一般推荐：采用欠饱和盐水水泥浆。,池史邯钒唆择阔契基碑镇特严廓追跺图飘枷廷娶经释贿费拉利偷应黎拴端水泥浆设计水泥浆设计,100,需解决的关键问题：水泥浆的流动性能；水泥浆的稠化时间的调控；水泥石的早期强度的发展；界面胶结能力。,筒船粕顷罚坯淖章哥酝癣介评汗除窖痒刻警寸蛰漳令叹处砒垛蠕伊频独顺水泥浆设计水泥浆设计,101,（a）低温常规密度抗盐水泥浆性
