1、油井水泥外加劑及水泥漿體系油井水泥外加劑及作用機理常用的十大水泥漿體系選擇水泥外加劑和設計水泥漿體系應注意的幾個問題油井水泥外加劑及作用機理21. 油井水泥早強劑 油井水泥早強劑主要是指能顯著縮短水泥漿稠化時間，加速水泥熟料礦物的凝結與硬化， 提高水泥石早期抗壓強度的外加劑。主要用途： 縮短凝結時間，表層套管注水泥、打水泥塞、堵漏等。 1.1 油井水泥早強劑作用機理 研究發現，不同類型的早強劑對水泥漿具有不同的早強作用機理，通常常用的幾類早強劑，其促凝早強的作用機理為： 氯鹽類早強劑：氯鹽促進水泥漿硬化和早強的機理，主要有兩個方面的原因。一是增加水泥顆粒的分散度，從而加速水泥水化和硬化的速度

2、；二是與水泥熟料礦物產生化合作用，與C3A化合生成水化氯鋁酸鈣，從而使膠體膨脹，水泥石孔隙減少，密實性增大，從而提高了水泥石的強度。 硫酸鹽類早強劑：硫酸鹽對水泥的促硬、早強作用，主要是因為它能與水泥熟料礦物水解析出的氫氧化鈣發生置換反應，從而能加速與水泥熟料中的C3A反應生成更多的硫鋁酸鈣，提高水泥水化液相中的固相比例，加快水泥凝結硬化的速度和早期強度的提高； 有機早強劑：如三乙醇胺，它能起到促凝早強作用是由于三乙醇胺能促進水泥石形成更多的鈣礬石，能有效地吸附在水泥熟料礦物表面，加快C3A與石膏之間的反應，但三乙醇胺可能減緩C3S的水化速度。通常，它與其它促凝早強劑復合使用，可發揮更好的早強

3、作用。 常用的油井水泥促凝早強劑可分為無機鹽類早強劑、有機化合物類早強劑和由多種不同類型早強劑復合而成的復合早強劑。一、無機鹽類主要包括：氯化鈣：如BJ公司的：A-7,道威爾的：SI液體氯化鈣：如BJ公司的：A-7L,道威爾的：D77硅酸鹽：如BJ公司的：A-2,道威爾的：D29,Diacel A,HALLIBURTON:Econolite硫酸鹽：如BJ公司的：A-10,道威爾的：D53, HALLIBURTON:EA-2氯化鈉：如BJ公司的：A-9,道威爾的：M117等其它無機鹽類促凝劑還包括：鋁酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、 硫代硫酸鹽以及鈉、鉀、銨的氫氧化物等；1.2 油井水泥早強劑的主要類型

4、油井水泥早強劑的主要類型二、有機化合物促凝劑 主要包括：甲酸鈣Ca(HCOO)2、甲酰銨（CHONH2)、草酸（H2C2O4)和三乙醇胺（N(C2H4OH)3等。三、復合促凝劑 研究表明，由多種無機鹽促凝劑和有機化合物促凝劑復合的早強劑，往往可得到比單一類型促凝劑促凝效果更好的外加劑。我國目前油田常用的早強劑通常為復合型的促凝早強劑，往往很少單獨使用一種早強劑如：CA-2,CA903S,T90S,S601,S603,SA-1,SS-1等。6 通過物理化學作用，能顯著延緩水泥漿稠化時間，防止油井水泥凝結過快的外加劑可稱作為油井水泥緩凝劑。有些緩凝劑同時還具有減阻和降失水的作用。主要用途：增加水泥

5、漿稠化時間，降低水泥漿粘度。2. 油井水泥緩凝劑2.1 緩凝劑作用機理 緩凝劑的作用機理主要是指緩凝劑的化學性質和緩凝劑與水泥相（硅酸鹽或鋁酸鹽）的作用過程，由于不同的緩凝劑有不同的化學性質和作用過程，所以，目前所提出的所有理論都還不能全面的解釋緩凝劑本身參與水泥的水化過程的情況，本項工作需進一步的研究。目前，所提出的緩凝劑的主要機理有： 吸附理論：緩凝作用的產生是因為緩凝劑吸附在水化物表面上抑制了與水的接觸。沉淀理論：緩凝劑與水相中的鈣離子或氫氧根離子反應，在水泥顆粒周圍形成一種不溶解的非滲透層。 成核理論：緩凝劑吸附在水化物的晶核上，抑制了它的進一步增長。 絡合理論：緩凝劑螯合鈣離子，因而

6、防止了晶核的形成。注：在某種程度上，上述四種機理有可能在緩凝過程中都發生，或其中的一種或兩種機理在緩凝過程中同時發生。2.2 油井水泥緩凝劑的主要類型 木質素磺酸鹽類：如BJ公司的：R-1，R-12,道威爾的：D13,D81,D800，D801, HALLIBURTON: HR-4,HR-7 等， 羥基羧酸類：如葡萄糖酸、檸檬酸、酒石酸、水楊酸、蘋果酸、乳酸、葡庚糖酸及它們的鹽；如BJ公司的：CR-5,道威爾公司的D110：我院的;H88,H98 等； 糖類化合物：如蔗糖、棉子糖、可溶性淀粉等；如HALLIBUTION 公司的：HR-13L,我院的：S12，等 纖維素衍生物：如BJ公司的R-6

7、或DIACEL-LWL,道威爾公司的D8, HALLIBUTION 公司的：Diacel LWL： 有機磷酸鹽類：如HEDP,AMDP 等，如：JRL,H-1 合成高溫緩凝劑 AMPS共聚物體系 無機化合物類：如鋁、鋅、硼的化合物；如：HR-A，LW-1,LW-2等， 目前，用作油井水泥緩凝劑的化合物主要有以下的類型，它們可能是這幾類化合物的改性合成化合物，或是幾種化合物的復合物。3. 油井水泥降失水劑 固井時水泥漿在壓力下流經高滲透地層時，將發生“滲透”，水泥漿液相漏入地層，通稱為失水，故能夠降低油井水泥漿失水量的這種外加劑通稱為油井水泥降失水劑，目前主要通過減小濾餅滲透率或提高水相粘度等手

8、段來達到降低失水的目的。主要用途：保護產能，用于油層注水泥、擠水泥、尾管注水泥、水敏地層注水泥、防氣竄注水泥3.1 降失水劑作用機理 研究降失水劑的作用機理主要應通過研究水泥顆粒的形狀和尺寸、流體的粘度、水泥濾餅的質量等方面來進行，其中以改善濾餅質量為控制失水的關鍵，目前，降失水劑的作用機理主要有兩種學術觀點： 減少水泥濾餅的滲透率，改善水泥濾餅的結構，以形成致密、滲透率低的濾餅，從而降低失水，可通過： a: 調整水泥漿體系的顆粒分布，使超細顆粒材料能夠嵌入水泥顆粒之間，阻塞濾餅空隙，形成致密結構的濾餅，有助于降低失水。 b: 采用水溶性高分子聚合物，通過其吸附基團和水化基團在水泥顆粒表 面形

9、成“水泥顆粒線性高分子水分子吸附層”的網狀結構，束縛住更多自由水，阻塞水泥內部空隙，從而降低失水。增大水泥漿液相粘度，通過增大液相向地層濾失的阻力，降低水泥漿失水。3.2 油井水泥降失水劑的主要類型 特制的超細研磨材料 如：膨潤土、石灰石粉、瀝青質、熱塑性樹脂、膠乳等類的顆粒材料 水溶性高分子及有機材料 1、水溶性改性天然產物 纖維素類 如：道威爾公司的：D-28, HALLIBURTON: Halad-14,22A 等，國產的BXF-1，LW-1，S24等。 聚乙烯醇類 如：CG701S, G60S系列等 淀粉類 經接枝改性的淀粉可用作油井水泥降失水劑，其水溶性好，降濾失性好，與其它水泥外加

10、劑配伍性好，且具有較好的分散性和流變性。 如HALLIBURTON: Halad-9 褐煤類 是一類煤化程度較小的煤，含較高的內在灰分和不同數量的腐殖酸，通過接枝共聚反應在褐煤大分子鏈上引進乙烯類側鏈的方法可用作油井水泥降失水劑， 如SM-B 單寧類，單寧的主要有效成分是具有多元酚基和羧基的有機物質，經接枝化學改性后的單寧還可用作油井水泥降失水劑。 降失水劑主要有兩種類型：特制的超細研磨材料和水溶性聚合物。 2、合成具有磺酸鹽基團或剛性基團的水溶性聚合物 AMPS的接枝共聚物,如HALLIBUTION的HALAD313S(L),國內由我院開發并廣泛在國內外推廣應用的 BXF-200L系列， 本

11、系列的降失水劑有大量的專利報道，是世界油井水泥降失水劑發展的一個方向；丙烯酰胺丙烯酸聚合物體系: 如： HALLIBURTON: CEMAD1，國產的XS2,聚丙烯酰胺，磺甲基聚丙烯酰胺體系：如國產的R90抗鹽降失水劑系列聚乙烯多胺的共聚物等:如國產的SK系列降失水劑。合成苯乙烯丁二烯，膠乳丙烯酸或類似膠乳水泥漿體系， 如HALLIBUTION的D-air系列，以及國產的BCT-800膠乳外加劑體系 油井水泥降失水劑的主要類型4. 油井水泥分散劑 油井水泥分散劑主要用于改善水泥漿的流動性，降低水泥漿體系的粘度，改善并顯著提高水泥漿的流變性能的外加劑。 使用效果：稀釋水泥漿，提高頂替效率，降低水

12、馬力，使水泥漿易于泵送。 分散劑的主要作用機理是分散劑的吸附分散作用，其微觀機制，則因分散劑的分子結構不同而存在一定的差異，其主要的作用機理表現為： 吸附分散和釋放游離水機理 分散劑可吸附于水泥顆粒的表面，形成吸附雙電層，在電性相斥的作用下，使水泥水化初期形成的絮凝結構分散解體，絮凝體內的游離水釋放出來，提高水泥漿的流變性； 潤濕作用 分散劑的潤濕作用會增加水泥顆粒的水化面積，在水泥顆粒表面形成一層穩定的溶劑化水膜，阻止了水泥顆粒的直接接觸，起到了潤滑分散的作用； 微氣泡潤滑作用 分散劑的摻入將引入一定量的微細氣泡，并與水泥質點具有相同符號的電荷，因而氣泡與水泥顆粒間也因電性相斥，增加了水泥顆

13、粒間的滑動能力，使水泥顆粒分散。4.1 油井水泥分散劑的作用機理4.2 油井水泥分散劑的主要類型 磺酸鹽類 1）密胺磺酸鹽類（PMS)；如國產的SM 2）聚萘磺酸鹽類 如道威爾公司的：D31L, HALLIBURTON: CFR-2 ,國產的FDN,MF,UNF等， 3）木質素磺酸鹽如：HALLIBURTON: CFR-2L, 等， 4）聚苯乙烯磺酸鹽 甲醛與丙酮（或其它酮類）縮聚物，如國產的 SXY,USZ，CF40 分子質量相對較低的羥基聚多糖，如水解淀粉等； 低分子化合物，如羥基羧酸等。5. 油井水泥消泡劑 許多油井水泥外加劑在配制過程中可能引起氣泡，水泥漿的過渡起泡可造成嚴重的后果。能

14、夠在泡沫表面擴散形成不穩定膜，從而起到消泡作用的外加劑材料可稱作消泡劑。 消泡劑的分子結構通常帶有支鏈并且烴鏈較短，使消泡劑在氣液界面上形成的雙吸附層強度差，有利于消泡； 消泡劑親水基的極性較弱，親油性較強，對液膜中極性水分子的吸引力較弱，自由水多，膜中液體的粘度低，容易流動，故液膜容易破裂而有利于消泡。 消泡劑分子的活性應較高，加入泡沫體系后可頂替泡沫分子，使泡破裂而有利于消泡。 5.1 油井水泥消泡劑的作用機理通常認為作為消泡劑的材料，在消泡過程中的主要原理為：5.2 油井水泥消泡劑的主要類型固井中常用的消泡劑有： 高分子醇， 硅氧烷；如國產的GPE, 磷酸酯 如國產的G603 甘油聚醚等

15、 如國產的GX-2,國外常用的長鏈羥基化合物粉狀消泡劑包括道威爾公司的D-6, HALLIBURTON: NF-P,NF-1 等，常用的長鏈有機化合物液體消泡劑包括道威爾公司的D-47, HALLIBURTON: P-Air 等， 降低水泥漿密度可有效減小靜水液柱壓力，防止壓裂弱膠結地層；低密度水泥漿可以用于低壓油氣層，以免油氣層收到傷害；減少注水泥的次數，提高水泥漿造漿率，并由此獲得較好的經濟效益。 通常，我們將能降低水泥漿密度的材料，統稱為油井水泥減輕劑，在同一水泥漿中，為降低水泥漿的密度，提高低密度水泥漿的綜合性能，經常同時使用幾種減輕材料。 6. 油井水泥減輕劑6.1 油井水泥減輕劑的

16、分類根據減輕劑降低水泥漿密度的機理，可以將減輕材料分為三類： 水基減輕劑：指能吸附過量的水且起到充填作用的材料，如膨潤土，硅酸鈉等水溶增粘劑；這類減輕劑能使水泥漿混配保持均勻，阻止過量游離水的產生； 低密度填充料：指密度低于波特蘭水泥密度（3.15g/cm3)的低密度材料，這類減輕劑只要加量足夠就可以降低水泥漿密度。 氣體減輕材料：指常用空氣或氮氣來配制的具有超低密度且足夠抗壓強度的泡沫水泥，常有化學發泡和機械充氣兩種方法。膨潤土：也叫搬土，密度2.602.70g/cm3,是由主要含粘土微礦晶的蒙脫石（NaAl2(AlSi3O10)組成，是由兩層硅氧四面體夾一層鋁氧八面體所組成，膨潤土低密度水

17、泥漿適宜的密度為1.53 1.58 g/cm3。膨潤土摻量為干水泥重量的810。國內主要產品有山東濰坊膨潤土和安丘膨潤土。國外同類產品HALLIBUTION公司有：HOWCO Gel,BJ休斯公司有：BJ Gel,道威爾有：Bentonite;水玻璃（液體硅酸鈉):水玻璃又稱泡花堿。由二氧化硅含量很高的石英粉與工業純堿按一定比例混合，置于 13501400溶爐中熔融后溶解于水而成的一種粘滯性溶液，呈半透明青灰色或微黃色。它由正硅酸鈉（2Na2OSiO2)、偏硅酸鈉（Na2OSiO2)及一硅酸鈉（Na2O2SiO2）膠態與分子狀的二氧化硅和水的混合物組成。水玻璃低密度水泥漿的密度可低至1.37g

18、/cm3，推薦摻量為每公斤水泥加0.0564升, 國外同類產品HALLIBUTION公司有：Econonite,BJ休斯公司有：A-2,道威爾有：D79; 粉煤灰:粉煤灰又稱飛灰，是從以煤為燃料的發電廠鍋爐的煙氣中收集的灰渣。粉煤灰的比重一般為1.8-2.6，松散容重為600-1000Kg/M3，壓實容重為1000-1400Kg/M3 。粉煤灰的顆粒粒徑為0.5300um。其化學成分主要以SiO2、AI2O3w為主，并含有少量的Fe2O3、CaO、Na2O、K2O和SO3等。通常粉煤灰的摻量約占干水泥重量的60%-120%，相應的水泥漿密度為1.68-1.55 g/cm3。國內粉煤灰低密度水泥

19、漿已得到廣泛的應用，國外同類產品HALLIBUTION公司的同類產品有：Pozmix,BJ休斯公司有：Diamix F,道威爾有：Litepoz3; 6.2 油井水泥減輕劑的主要類型微珠：漂珠為空心、密閉、壁薄、粒細的玻璃球體， 視密度0.650.75g/cm3，主要成分為氧化硅、氧化鋁，及少量的氧化鐵、氧化鈣等，可與水泥水化產物反應生成具有膠凝性質的化合物，可將水泥漿密度范圍降至1.441.08g/cm3 ，摻量范圍為8100，國內漂珠低密度水泥漿已經得到廣泛的應用，國外同類產品為：HALLIBUTION公司有同類產品為：玻璃微珠，道威爾公司的Litepoz500等。泡沫：用機械充氣發氣法和

20、化學發泡法在水泥漿中混入或產生一定量的氣體，形成相對分布均勻且穩定的泡沫，以降低水泥漿的密度，泡沫水泥漿的密度可降至0.9-1.30g/cm3,水泥石強度高，滲透率低，可有效地應用于低壓易漏油氣田的固井。國內泡沫水泥漿已得到推廣應用，特別是我院FC系列化學泡沫水泥漿已在我國各大油田得到廣泛的推廣應用，取得了良好的效果，國外各大公司如哈里巴頓、道威爾，BJ 休斯公司等都具有泡沫水泥產品及應用的報告。 此外，在油井水泥中可應用的減輕劑還包括：硬瀝青，硅藻土，膨脹珍珠巖，礦渣，微硅以及沸石等；以上的減輕劑可以根據水泥漿降低密度的需要選擇其中的一種或幾種減輕材料進行水泥漿設計。 油井水泥減輕劑的主要類

21、型 在油氣井固井中，高孔隙壓力、井壁不穩定和塑性流動地層都要借助高靜水壓力予以控制，為了保持井眼的穩定和安全施工，要求提高水泥漿的密度進行作業。 要提高水泥漿的密度，可以通過降低用水量和添加高比重的材料來實現，通常我們稱這種可以加重水泥漿密度的高比重材料為油井水泥漿加重劑。8. 油井水泥加重劑合格的加重劑必須滿足以下條件： 材料的顆粒粒度分布與水泥相容。粒度太大容易使水泥漿產生離析，粒度太小又容易增加水泥漿的稠度。 用水量要少。用水量過大，會使加重劑加量增大，影響水泥漿的強度發展。 不影響水泥水化進程，與其它添加劑有良好的相容性，同時對外加劑的吸附能力要弱。 最常用的水泥漿加重劑是：鈦鐵礦石，

22、赤鐵礦石，重晶石以及錳鐵礦粉MICROMAX。8.1 油井水泥加重劑的選擇重晶石：是一種白色粉末材料，比重為：4.33，可將水泥漿密度加重至2.3，但需要加入更多的水來潤濕顆粒，所以使用效果受到一定的削弱.國內油田重晶石應用較廣，國外同類產品有：HALLIBUTION的Barite,BJ 休斯公司的W-1,道威爾公司的D-31;鈦鐵礦石：是一種黑色顆粒材料，比重：4.45,可將水泥漿密度加重至2.4，對水泥漿的稠化時間和抗壓強度影響較小。目前能提供的鈦鐵礦石的粒度分布較粗，需要調整水泥漿的粘度以防止水泥漿離析。國外同類產品有：HALLIBUTION的Hi-Dense3,BJ 休斯公司的W-3,

23、道威爾公司的D-18;赤鐵礦:是一種紅色顆粒材料，粒度分布較細，需水量較低。比重：4.95,可將水泥漿密度加重至2.65，加量大時，常常加入分散劑來調節水泥漿的稠度，是一種較為有效的加重材料。國外同類產品有：Hi-Dense3,BJ 休斯公司的W-5,道威爾公司的D-76;錳鐵礦粉（Micromax）：是一種以赤錳礦粉為主要成分棕紅色粉末的超細加重材料，比重為：4.84.9，平均顆粒粒度5m,不增加需水量，無沉降穩定問題，有適當減阻效果,可將水泥漿密度加重至2.8，但由于該種材料價格昂貴，通常與其它材料配合適用，目前在國外高壓油氣井固井中已得到較大量的應用，在我國南海高壓氣井固井中已有采用，效

24、果良好。8.2 油井水泥加重劑的主要類型 普通油井水泥屬波蘭水泥范疇，當溫度低于110時，具有較低的滲透率，并隨溫度的升高，抗壓強度提高，當溫度超過110 ，尤其當溫度超過125 時，隨溫度的升高抗壓強度大幅度降低，滲透率大大提高，這種現象稱作水泥石強度退化。溫度越高，水泥石強度退化現象更加嚴重，致使失去保護井壁，支撐套管和封隔作用，導致油井破壞。 能防止水泥石高溫強度退化，穩定水泥石強度，降低水泥石滲透率的外加劑，稱為防止水泥石高溫強度退化的外加劑。主要用于熱力開采稠油和深井注水泥。 9. 防止水泥石高溫強度退化的外加劑 防止水泥石高溫產生強度退化的外加劑目前，防止水泥石高溫產生強度退化的外

25、加劑主要為： 硅石粉即石英砂。 硅粉作為一種高溫穩定劑，在高溫、水化過程中，一方面能吸收水泥水化時析出的Ca(OH)2，降低了液相中鈣離子的濃度，打破了C2SH和C2SH(A)等高鈣硅酸鹽的平衡，另一方面，硅粉又與水泥中-C2SH發生反應，生成纖維狀的托勃莫萊石和耐高溫的硬硅鈣石，從而提高了水泥石在高溫下的強度和熱穩定性，硅粉密度為2.62g/cm3,加量為干灰的3540。 石英砂按使用的用途，可分為小于等于200目的細石英粉和粗石英粉，國內按不同的要求，在高溫下已廣泛應用硅石粉作為高溫抗強度退化劑，國外各大石油公司也有同樣的產品如：HALLIBUTION的Silica Flour,Silic

26、a Flour Coarse,BJ 休斯公司的D-8,D-80,道威爾公司的D-66,D-30等。 具有控制水泥漿沉降穩定性，降低游離液含量等作用的外加劑，可稱作游離水控制和固體懸浮調節劑。 控制水泥漿的游離液和沉降穩定性的添加劑主要包括：有機聚合物、生物聚合物、硅酸鈉以及膨潤土，綠坡縷石，硅灰等材料，在諸多產品中，生物聚合物占絕對優勢。 國內按水泥漿的設計需要，通常添加以上材料中的一種或兩種材料來保證水泥漿的沉降穩定性 并控制游離液含量。國外也有同樣的產品如BJ 休斯公司的A-2,FWC-10,BA-58,BA-90,道威爾公司的D79,D153,D128,D154,D155，HALLIBU

27、TION公司的Econolite,Diacel A,FWC A ,Versa SetL,Gas Con496等。 10.游離水控制和固體懸浮調節劑常用的十大水泥漿體系 普通低密度水泥漿體系； 高強度低密度水泥漿體系高 高密度水泥漿體系； 短候凝固井水泥漿體系 高溫深井水泥漿體系； 抗鹽水泥漿體系； 防竄水泥漿體系； 新型泡沫水泥漿體系； 水平井固井水泥漿體系； MTC技術及多功能鉆井液UF技術。30固井水泥漿體系之一普通低密度水泥漿體系 普通低密度水泥漿的主要類型 膨潤土低密度水泥水玻璃低密度水泥粉煤灰低密度水泥漿漂珠低密度水泥漿礦渣低密度水泥漿 使用特點:膨潤土低密度水泥漿 適用密度范圍:1

28、.501.60 g/cm3; 使用溫度范圍：40100; 游離液含量大; 流動性差,稠化時間長; 強度低,24小時抗壓強度為4.58.0MPa 滲透性高等應用:主要用于分級注水泥的領漿，或作為充填水泥漿。具有貨源廣，成本低，使用方便等優點。水玻璃低密度水泥漿 使用密度范圍通常為:1.45-1.55g/cm3 使用溫度范圍為40一90; 推薦摻量為水泥重量的5.64; 水泥漿稠化時間過長; 抗壓強度低; 游離液大。使用特點:應用：可用作領漿；可用于表層套管固井，以贏得二次開鉆的時間；還可用于井內地層坍落的地方，配制一定密度的促凝水泥漿固井。 粉煤灰摻量約為60%120%，相應密度為1.681.5

29、5 g/cm3； 具有一定的抗腐蝕能力； 游離水大； 稠化時間長； 體積收縮大； 低溫下強度低等缺點。但與T-90外加劑配合使用，可有效 改善粉煤灰低密度水泥漿的性能。粉煤灰低密度水泥漿使用特點:應用：可用于有嚴重腐蝕性水、氣地層的油、氣井固井；也可應用于長封固段固井。漂珠低密度水泥漿 適用密度范圍： 1.681.18g/cm3； 適用溫度范圍：30 180 ； 游離液含量較少； 水泥石強度較高； 滲透率較低； 漂珠易上浮 、進水、破碎，可造成漿體沉降穩定性、體積 穩定性變差。可與T-90,T-93外加劑配合使用，有效改善水 泥漿的整體性能。使用特點:應用：采用漂珠超低密度水泥漿固井，可較好地

30、解決長封固段漏失問題。礦渣搬土低密度固井液的特點 密度適用范圍：1.201.70g/cm3； 稠化時間可調、流動性好； 抗壓強度發展快； 結構致密； 失水量低、微觸變、耐腐蝕、高早強、短過渡、 沉降穩定性好等特點，是理想的固井材料。應用：適用于各種注水泥作業或隔離液。與泥漿相容性好，頂替效率高，能有效提高固井封固質量。使用特點:固井水泥漿體系之二高強度低密度 水泥漿技術 適用密度范圍為：1.101.70g/cm3； 適用溫度范圍為：20180； 游離液基本為零； 失水量易控制，小于50mL； 具有一定的防氣竄能力； 具有一定的抗腐蝕能力； 水泥漿沉降穩定性好； 抗壓強度高，水泥石均勻致密不收縮

31、，具有低溫下 其性能與常規水泥漿相媲美的特點。高強度低密度水泥漿體系使用特點:應用：可應用于低壓易漏、淺層氣、定向井、水平井、欠平衡鉆井、長封固段的固井；可用于打高強度低密度水泥塞，如側鉆等； 根據緊密堆積和顆粒級配理論，利用線形堆積密 度模型和二元系統的最大堆積密度與微細膠凝材 料直徑的關系，提高干混材料堆積體積（PVF）； 根據物料組成的物理化學作用；進行充填的礦物微粒 應該是充填性好、表面光滑致密、化學活性較高的具 有減水作用的高性能礦物摻合料。 設計原理高強度低密度水泥漿體系 緊密堆積理論根據緊密堆積理論，利用合理的物料顆粒級配，提高單位體積水泥漿中的固相，形成更加致密的水泥石。 線型

32、堆積模型示意圖高強度低密度水泥漿體系 緊密堆積理論根據緊密堆積理論，改善物料的表面性質，減少物料顆粒間的充填水和物料表面的潤滑水，進一步提高單位體積水泥漿中的固相。含水化膜顆粒的緊密堆積高強度低密度水泥漿體系增強劑PZW：具有合理顆粒級配的活性超細膠凝材料組 成，摻入水泥漿中，可顯著提高低密度水泥漿的強度 穩定性等綜合性能；油井水泥：主體固結材料；漂珠：減輕材料；降失水劑、調凝劑、分散劑：調節水泥漿性能。高強度低密度水泥漿體系高強度低密度水泥漿的組成：根據緊密堆積理論和水泥、漂珠、增強劑的粒徑分布，設計的低密高強水泥漿體系的粒徑分布主要為10-60m、 40-250m 、 0.5-40m 。

33、分布顯示，體系不同粒徑球形粒子可以顯著減小顆粒堆積空隙率，能有效提高和改善水泥漿的綜合性能。高強度低密度水泥漿體系 高強低密度水泥漿的強度性能 高墻低密度水泥漿普通漂珠低密度水泥漿高強度低密度水泥漿體系1.3g/cm3，50，靜膠凝發展超聲波靜膠凝強度發展趨勢高強度低密度水泥漿體系1.3g/cm3，50，超聲強度發展，稠化時間190min超聲波抗壓強度發展趨勢高強度低密度水泥漿體系1.4g/cm3，50，超聲強度發展，稠化時間173min超聲波抗壓強度發展趨勢高強度低密度水泥漿體系水泥漿密度1.3g/cm3，90，靜膠凝強度發展，稠化200min高強度低密度水泥漿體系超聲波抗壓強度發展趨勢高強

34、度低密度水泥漿體系高強度低密度水泥漿體系沉降穩定性能高強度低密度水泥漿體系高強度低密度水泥石的防腐性能PZW 低密度增強劑由較低密度的活性膠凝材料組成，在水泥漿中不僅能發生凝硬性反應，還可進一步充填水泥石孔隙，形成更加致密的水泥石。 1.5g/cm3（左） 1.3g/cm3（右）高強度低密度水泥漿體系高強度低密度水泥漿失水性能高強度低密度水泥漿體系40下不同密度的水泥漿性能水泥漿密度1.31.41.51.6性能G級水泥100100100100漂珠54.634.022.013.2PZW-A50.035.032.025.0水112.088.878.668.2CG71S3.22.62.62.2CA9

35、09S3.03.02.01.5CF41L3.01.81.51.2CX60L0.10.10.10.1性能流動度 cm20.020.520.021.0游離液 ml0000失水量 ml24.026.024.020.0稠化時間 min131128145143抗壓強度 MPa/24h9.012.014.015.3高強度低密度水泥漿體系水泥漿密度1.31.4性能G級水泥100100漂珠65.747.5PZW-A57.157.1水10796.4G60S3.142.42早強劑1.431.42CX60L0.10.1性能流動度 cm2121游離液 ml00失水量 ml2020稠化時間 min143120抗壓強度

36、MPa/24h/48h14.6/2415/3050下不同密度的水泥漿性能高強度低密度水泥漿體系70下不同密度的水泥漿性能高強度低密度水泥漿體系不同溫度不同密度高強低密水泥漿性能1.4g/cm3，90典型水泥漿稠化時間曲線高強度低密度水泥漿體系高強度低密度水泥漿體系 水泥漿體積穩定性和沉降穩定性良好； 水泥石抗壓強度高；接近常規密度強度 水泥石致密，具有較強的抗腐蝕能力； 界面膠結性能良好，具有較強的防氣竄能力； 失水量易控制； 游離液低； 稠化時間可調。高強度低密度水泥漿體系性能特點固井水泥漿體系之三新型泡沫低密度 水泥漿體系化學泡沫低密度水泥漿使用特點: 可配制超低密度的水泥漿，其地面最低密

37、度可達0.42g/cm3； 密度低，強度高； 滲透率低； 一定的觸變性； 低熱導率； 具有防氣竄能力。新型泡沫水泥漿是兩種氮氣發氣劑發生氧化還原反應，生成氮氣，在穩泡劑的作用下，在水泥漿中形成細小均勻的氣泡；以降低水泥漿的密度，新型泡沫水泥漿具有以下的使用特點。FCA(g)發氣量（cm3) 發氣量與發氣劑配比的關系 泡沫水泥漿的組成FCA 發氣劑FCB 發氣劑FCF 穩泡劑FCR 緩凝劑FCW 降失水劑FCA+FCB 堿性條件 N2 + 剩余反應物 穩泡劑FCF加量的確定FCA:FCB(g:ml)水(ml) FCF(ml)起泡性(cm3)均勻性結論7:2505500不均勻NO6450較均勻NO

38、7425均勻OK8325均勻細小OK泡沫水泥漿的實驗室制備方法利用化學劑發氣法制備泡沫水泥要比充氣法簡單;將一定量的發氣劑FCA干混于水泥中，用清水配制非泡沫水泥漿(密度控制在1.851.90g/cm3 )，方法同API標準，然后將制好的非泡沫水泥漿在低速下(4000rpm)再攪拌10秒，同時加入一定量的發氣劑FCB和穩泡劑FCF，則可制成泡沫水泥漿。采用這種方法制備的泡沫水泥比較均勻，泡沫細小，無需控制反應速度和發泡時間。新型化學泡沫水泥結構放大倍數40放大倍數100國外機械充氣泡沫水泥結構 泡沫水泥的滲透率溫度對泡沫水泥密度的影響壓力對泡沫水泥密度的影響不同溫度下壓力對泡沫水泥漿密度的影響

39、常壓密度。=1.1gcm39050 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P(Mpa)2.01.81.61.41.21.00.80.60.40.2泡沫水泥密度(g/cm3)泡沫水泥的試驗方法泡沫水泥穩定系數的測定方法 500V0 =-100% 500稠化時間的測定方法抗壓強度的測定方法稠化時間的測定方法按設計要求量取一定量的水泥、外加劑及水；將量取的FCA、FCB和水及其它水劑(除FCF外)放入容積為1升的攪拌杯中，并在攪拌器上低速(4000轉/分)攪拌2分鐘，使其完全反應放出氮氣；按API標準攪漿。在配好的水泥漿中加入定量的FCF，輕輕用攪拌棒攪拌使其混勻于水泥漿中，然后裝好稠化儀漿

40、杯，按API試驗程序試驗。抗壓強度的測定方法水泥漿模子活塞 工藝技術研究密度設計灰量計算方法添加劑的混配方法施工工藝方法地面控制參數9/13/202274 泡沫水泥的密度設計方法泡沫水泥在井下的實際密度的大小必須滿足下列基本準則： n Hrm+(H-H)rw+(Hi-1-Hi)rFi i=1 r漏當 H0如果水泥返高距井口不小于200m， rF1/2（ rF頂+ rF底)，則： H0r漏當Hrm(H-H)rw rF H0-H 灰量計算方法 灰量大小應滿足下式： G.qF(1+n)V電測環容 故 rFV電測環容 G(1+n)- rs(m+1/rc) G-灰量，噸; qF-泡沫水泥造漿量，方/噸;

41、m-水灰比; qs-純水泥造漿量，方/噸; n-灰量附加系數，一般n=0.1-0.2; rs-純水泥漿密度; rc-水泥密度，g/cm3. 添加劑的混配方法發氣劑FCA、增強劑FCP、緩凝劑FCR、降失水劑FCW均按一定比例干混于水泥中，倒罐兩次，混拌均勻后裝車上井。施工前將發氣劑FCB、穩泡劑FCF倒入注泡沫劑水泥車上的水箱中，并加水至設計注入總量，手動攪拌使其混勻。固井施工工藝技術地面控制參數注純水泥密度 注泡沫劑排量 注入泡沫劑液體排量的大小，可用下列公式計算： 泡沫劑總量 泡沫劑排量注水泥排量 水泥漿總量 應 用： 適用于一般低壓易漏地層、水敏性地層、熱采井以及防氣 竄井的固井。 19

42、94年至今在長慶、遼河、吐哈、河南油 氣田共進行了300余口井的試驗推廣，使用效果良好； 1994年至今，在長慶馬 嶺、華池、靖安等油田 和陜甘寧中部盆地氣井 試驗推廣了300余口井次 一次固井合格率100%， 優質率80.3%。固井水泥漿體系之四短候凝水泥漿體系短候凝水泥漿體系的主要類型 CA903S低溫短候凝水泥漿體系； J-2B短候凝防竄水泥漿體系； SQ短候凝防竄水泥漿體系。短候凝水泥漿體系 使用溫度范圍：27 75 ； API濾失量50100ml； 具有明顯的促凝早強作用； 具有較高的早期強度，8小時抗壓強度較凈漿提高50%-100%； 靜膠凝過渡時間短，一般為1530min，初凝到

43、終凝時間為1020min； 具有微觸變性和較高的內聚力； 水泥漿硬化后具有一定的微膨脹性，可防止微裂縫-微裂隙的形成； 使用特點:本體系主要是針對調整井、底水活躍井、高壓油氣井以及叢式井快速鉆井中導管和表層套管及低溫淺井的固井而研究開發的。低溫短候凝水泥漿體系 原漿：水泥+44%水，密度1.90；短侯凝：水泥+44%水+4%CA903 J-2B短候凝防竄水泥漿體系 已先后在滇黔貴油田、南陽油田、 長慶油田、江蘇油田推廣使用逾200多口，固井優質率90%。 SQ短候凝防竄水泥漿體系 在百色油田6口調整井中進行了應用， 其固井一、二界面優質的有3口，合格的有2口，滿足了調整井固井 要求。 CA90

44、3S短候凝防竄水泥漿體系已成功應用于渤海油田叢式井快 速鉆井中導管和表層套管固井，使固井候凝期由24小時縮短為4小時。， 實現了叢式井集中表層快速不間斷鉆井作業。替代了進口外加劑， 固井300余井次。僅縮短鉆井周期一項就為油田節約7000余萬元。短候凝水泥漿的應用固井水泥漿體系之五防竄水泥漿體系 防氣竄水泥漿的主要類型 不滲透防竄水泥漿體系 G60、 G60S、 J-2B、 W99 充氣水泥漿體系 KQ（H2）、 FC（N2） 使用溫度范圍：30 185； API濾失量50100ml；體系中高聚物能迅速成 膜，形成較高的內聚力,有效防止氣竄的發生； 過渡時間短，具有較強的防氣竄能力； 早期強度

45、高，水泥石致密，有助于防氣竄的發生； 具有一定的微觸變性。防竄水泥漿體系性能特點: G60防竄外加劑 自1987年以來，已在渤海、南海、東海、遼河 等油田應用數百噸，固井質量優良。與國外同類產品相比，其價格 僅相當于同類產品的1/10，具有很好的性能價格比，取得了較好的 社會效益； G60-S防竄外加劑 自1987以來，已在遼河、長慶、大港、新疆 等油田得到廣泛應用，共計數百噸，并已出口伊朗等國家； J-2B防竄外加劑 自1995年以來，已在長慶、滇黔桂、遼河、 江蘇等油田廣泛應用，均取得良好的固井結果。 W99防竄劑 已在河南和長慶油田推廣應用，取得了明顯的效果。 防竄水泥漿體系的現場應用固

46、井水泥漿體系之六高密度水泥漿體系高密度水泥漿體系的主要類型 G60 高密度水泥漿體系 SQ 高密度抗鹽水泥漿體系 BXF-1高密度抗鹽水泥漿體系 BXF-200L高密度抗鹽水泥漿體系 本體系主要針對高孔隙壓力、井壁不穩定和塑性流動地層而研究開發的。 高密度水泥漿體系使用特點: 使用密度范圍：1.902.60g/cm3; 降失水小于100mL,可滿足不同地層、鹽層的固井需要； 水泥漿具有良好的沉降穩定性，保證了高密度水泥漿的綜合性能； 水泥漿游離液含量較低； 具有良好的防竄性能； 具有良好的流動性，配漿施工順利； 具有配套的高、中溫緩凝劑，可任意調節水 泥漿的稠化時間。 目前，高密度水泥漿體系已

47、在中原、長慶、青海、塔里木、遼河等油田得到廣泛應用。特別是在青海鴨深1井的固井中，取得了顯著的效果，該井是大慶油田勘探分公司在柴北緣區塊布置的第一口重點探井，位于柴達木盆地北緣斷塊鄂博梁鴨湖構造帶鴨湖構造上，地質情況非常復雜。三開固井采用雙級雙凝水泥，二級采用正常密度水泥漿，四開固井采用雙凝水泥，四開井段噴漏并存，利用BXF-1體系成功地對該井進行了封固，取得了優良的固井質量。高密度水泥漿體系的應用固井水泥漿體系之七水平井水泥漿體系 適用溫度范圍:55-80； 水泥漿失水量 50ml； 水泥石抗壓強度 20MPa； 水泥漿在45傾角下游離液為零； 漿體沉降穩定性好；水泥環上、中、下密度差 0.

48、05g/cm3； 具有良好的流變性能，流動度21cm。水平井固井水泥漿體系使用特點：水平井固井水泥漿體系的以上特點，保證了水平井固井的主要功能：封隔注水泥井段；支撐和保護套管；射孔的中間介質；鞏固不堅實砂層；控制地層壓力。水平井固井水泥漿體系的應用 在長慶油田塞平二井的固井中，固井施工24小時聲幅驗證， 固井質量優質。聲幅合格井段占97.38%，優質井段占88.1%。 在新疆寶浪油田H3水平井技術套管和油層套管的固井中，注 水泥平均密度達到設計要求，碰壓明顯，經測井解釋表明固 井質量均為優良。 可應用于開采低滲透油藏、水錐、氣錐油藏、稠油油藏、裂縫性油藏、薄油層以及老油田的二次勘探和開發；可廣

49、泛應用于水平井、側鉆水平井、大斜度井、多底分支井的固井施工作業。固井水泥漿體系之八抗鹽水泥漿體系抗鹽水泥漿體系的主要類型 R90 抗鹽外加劑 BXF-1 系列抗鹽外加劑 BXF-200L 抗鹽水泥漿體系抗鹽水泥漿體系的技術特點 適用溫度范圍為：30 180； API失水量易控制小于100mL，可根據不同的井況選 用不同類型的降失水劑； 具有良好的流動性，不需任何加重材料，密度可以控 制在1.952.2g/cm3，必要時加重材料可以進一步提高 水泥漿密度； 適應各種水質，對Ca2+、Mg2+不敏感；可適用于淡水、 含鹽、飽和鹽水的制備。 可以根據具體情況選擇不同的外加劑體系，任意調節 水泥漿的稠

50、化時間。最新特色技術 BXF-200L新型降失水劑 BXF-200L油井水泥降失水劑是我公司的最新產品，是一種密度為1.07g/cm3的淺黃色的多元共聚物，具有良好的耐溫、抗污染、抗鹽能力，與不同水質及水泥具有良好的相容性和通用性，利用兩種外加劑就可滿足30180條件下的常規固井，自成功研發以來，已在塔里木、伊朗成功應用。 最新特色技術BXF-200L新型降失水劑設計原理在共聚物單體中引入磺酸鹽基團和屏蔽基團，使合成的高分子共聚物具有抗高溫、抗污染和抗飽和鹽水的能力；在共聚物中引入強吸附基團，使合成的高分子共聚物具有優異的降失水性能； 通過有效控制共聚物分子量的大小分布以及強水化基團的作用，使

51、水泥漿具有良好的流變性能和穩定性能。通過選擇合理的配比及聚合工藝，使合成的高分子共聚物對水泥漿稠化時間和抗壓強度無不良影響，具有廣泛的通用性。 最新特色技術BXF-200L水泥漿體系的技術特點具有良好的抗溫能力 BXF-200L具有很寬的溫度使用范圍，淡水水泥漿中適用溫度為30150，鹽水水泥漿中適用溫度30180。具有良好的抗污染能力 BXF-200L具有良好的抗污染能力，對不同品牌的水泥、水質、泥漿相容性良好。具有良好的抗鹽能力 BXF-200L具有良好的抗鹽能力，在不同濃度的鹽水及飽和鹽水中水泥漿綜合性能良好。最新特色技術BXF-200L水泥漿體系的技術特點具有良好的流變性能 BXF-2

52、00L合理的分子量大小分布使水泥漿不僅具有良好的流變性能，而且水泥漿穩定，游離液少。對稠化時間及抗壓強度無不利影響 BXF-200L在使用溫度范圍內對稠化時間及抗壓強度無不利影響，在低溫下具有輕微的促凝作用，在較高溫度下不會顯著影響稠化時間。具有很好的通用性，可用于多種水泥漿體系 BXF-200L具有很好的通用性，可設計用于多種水泥漿體系，水泥漿結構簡單，水泥漿性能良好。加量少，失水低抗鹽能力強BXF-200L水泥漿體系的典型水泥漿稠化曲線過渡時間短BXF-200L水泥漿體系的典型靜膠凝強度曲線膠凝強度發展快BXF-200L水泥漿體系的典型超聲波抗壓強度曲線強度高最新特色技術BXF-200L水

53、泥漿失水量隨鹽水濃度的變化規律水泥漿密度：1.9g/cm3，實驗溫度：80失水量最新特色技術BXF-200L水泥漿失水量隨密度的變化規律水泥漿密度：1.9g/cm3，實驗溫度：80稠化時間失水量最新特色技術摻BXF-200L新型降失水劑的水泥漿綜合性能最新特色技術BXF-200L水泥漿體系的性能特點適用溫度范圍：30180；適用密度范圍：1.22.6g/cm3；適用水質：海水、礦化水、欠飽和鹽水、飽和鹽水；適用于不同品牌的水泥；在較低摻量下，API失水可控制到 50mL 以下；水泥漿流變性能良好；水泥漿穩定，游離液少；對強度發展無不良影響，24h強度一般可達到18MPa以上；稠化時間可調，稠化曲線基本為直角稠化；摻量范圍一般為3-8%BWOC。最新特色技術BXF-200L新型降失水劑的應用BXF-200L新型降