钻井用剂水泥浆.pptx
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1、 如上所述,随着完井高新技术的发展,对固井水泥浆性能的要求也越来越苛刻。从施工可靠性出发,要求水泥浆满足固井施工指标,如水泥浆密度、稠化时间、降失水性能以及流变性等。此外对于特殊井还有其它方面的要求,如对低温井要求能适应冰点以下的温度;对地热井或热采井则要考虑高温下施工性能或高温下水泥石安定性等问题。同时,对复杂地层如脆弱或多孔隙地层、盐层、碳酸盐岩地层要考虑固井施工和对水泥浆体系的特殊要求。总而言之,在油井水泥及外加剂的研究和应用方面,除了应满足固井对水泥浆施工要求外,还应着重考虑水泥石的性能,而后者却往往被忽视。应该强调的是要着重考虑钻井、完井和后继的采油、强化采油对固井质量、油井寿命的要
2、求。因此应该努力提高和改善水泥石的抗压强度、界面胶结强度、弹塑性、耐腐蚀,渗透率等综合性能,以达到真正提高固井质量,延长油井寿命的目的,面对如此苛刻的条件,必须开发多种外加剂和外掺料来满足生产需要。第1页/共28页 国外在上世纪80年代以后,油井水泥外加剂的发展十分迅速,产品更新换代很快,到2000年大致可分八大类100余种产品。它们是:(l)促凝剂(早强剂):促凝和提高水泥早期强度。(2)缓凝剂:延长水泥凝结时间。(3)充填剂(或减轻剂):降低水泥浆体系密度或使单位体积材料的质量(4)加重剂:提高水泥浆密度。(5)分散剂(降粘剂):降低水泥浆粘度。(6)降失水剂:控制水泥浆滤液向地层滤失。(
3、7)堵漏剂:控制水泥浆向地层漏失。(8)特殊外加剂:指复配外加剂如发泡剂、消泡剂,防强度退化剂等 国内,在上世纪80年代是油井水泥外加剂迅速发展的时期。基本建立了八大类外加剂体系。这些外加剂在提高固井质量,尤其在特殊井固井方面起到非常重要的作用。第2页/共28页 水泥浆:固井中使用的工作液 固井:由套管向套管和井壁之间的环形空间注入水泥浆,并使之上返至一定高度,水泥浆然后变为水泥石匠套管和井壁固结起来的过程 套管:表层套管(表套)、技术套管(技套)、油层套管(油套)等第3页/共28页固井水泥的分类 固井水泥又叫油井水泥,分裂标准有两种,国际上一般用API标准,国内一般用石油行业(SY)标准。按
4、照API标准,可以将固井水泥分为A、B、C、D、E、F、G、H、J共九个级别,其中前八种为常用固井水泥,最后一种为特种水泥。按我国石油行业标准(按适用地层温度进行划分)可分为45、75、95和120四个级别。第4页/共28页 油井水泥浆是以水为连续相以水泥颗粒为分散相的高浓度的悬浮体系,固含量(质量分数)最高可达70%,此悬浮体系的流变性和液相的流变性有关,同时还与粒子间作用力有关。在加有外加剂的情况下,水泥浆的液相是含有各种离子和外加剂的溶液。因此,其流变性与水相差甚远。水泥浆的固相含最是影响其密度的直接因素,而粒子间的相互作用则主要取决于粒子表面电荷分布情况。第5页/共28页 外加剂和外掺
5、料:为调整水泥浆性能,需要加入的一些特殊物质,加入量小于等于水泥质量的5%物质称为外加剂,大于水泥质量的5%的物质称为外掺料。因此,外加剂和外掺料并没有本质的区别,只不过是人为地定性区分而已。固井水泥的成分与普通硅酸盐水泥相差不大,但性能差别较大(如流变性、稠化时间等),主要原因就是外加剂和外掺料的影响。分类第6页/共28页第一章 水泥浆密度控制剂 水灰比:水泥浆中水与水泥的质量比,一般情况下固井水泥浆的水灰比为0.30.5。水泥的密度为3.13.2g/cm3,因此水泥浆的密度1.81.9g/cm3?固井对水泥浆密度的要求:略大于钻井液的密度,但不能压漏地层。第7页/共28页顾名思义,能够降低
6、水泥浆密度的物质(调节剂)1、粘土 粘土的固相密度只有2.42.7g/cm3,因此用粘土部分代替水泥加入到水泥浆中,能够降低水泥浆密度。另外,粘土易水化、膨胀、分散,形成网架结构且粘土颗粒表面具有一层水化膜吸附了大量水,增加了水泥浆的水相。加量:粘土在水泥浆中的加量一般在2%32%之间,因此它可以使水泥浆密度调整在1.321.79 g/cm3范围内。因此,我们可以总结粘土降低水泥浆密度的机理为一、减轻剂第8页/共28页 2、粉煤灰 主要成分:粉煤燃烧产生的空心颗粒,SiO2。相对密度:约2.1 g/cm3 密度调整:1.61.79 g/cm33、膨胀珍珠岩 珍珠岩高温熔融,然后迅速减压冷却所产
7、生的多孔性固体 固相密度:2.4 g/cm3,但孔隙多,能够束缚自由水 调整密度:1.11.2 g/cm3。4、空心玻璃微珠 将熔融的玻璃经特殊喷嘴喷出形成的,密度只有0.40.6 g/cm3,因此可以将水泥浆密度调整至1.01.2 g/cm3。第9页/共28页 能够提高水泥浆密度的物质 1、高密度固体粉末 钻井液密度调整的时候我们讲过,高密度固体加重剂主要有重晶石、钛铁矿、菱铁矿等。水泥浆密度:2.12.4 g/cm3。2、水溶性盐 水溶性盐可以提高水泥浆液相密度,从而提高水泥浆的密度,如NaCl,可以提高水泥浆密度至2.1 g/cm3。另外,水泥浆的其他调节剂也对密度起一定的调节作用。二、
8、加重剂第10页/共28页第二章 水泥浆分散剂1磺酸盐 磺酸盐是最普通的水泥分散剂,分散剂分子中含有550个磺酸盐基团,这些基团连接在高度枝化的大分子主链上。从结构上来看,支链形聚合物是理想的分散剂。这是因为这种枝形大分子结构对于桥接水泥颗粒所需要的分散剂浓度范围是比较低的。此外,有些带有阴离子基团的线型聚合物大分子和有机化合物,也是有效的分散剂,属于磺酸盐类的水泥分散剂有以下几种:第11页/共28页1)密胺磺酸盐(PMS)PMS是建筑业最常用的分散剂,在油井水泥中应用不多。2)聚萘磺酸盐 这类产品是目前油井水泥最通用的分散剂,国内产品的牌号有FDN,MF,UNF等;国外牌号为PNS或NSFC。
9、此类产品是-萘磺酸盐和甲醛的缩合产物,其支化度和相对分子质量均为宽分布。PNS(FDN)的合成是以萘或萘的衍生物为原料,经磺化后再与甲醛缩合而成。由于萘环上电子云密度分布不均匀,各碳碳键长不相等,故在磺化反应中,位和位取代反应活性不同。位较位活泼,故在较低温度(60)即可进行磺化反应,生成-萘磺酸盐;而在较高温度下(165)进行磺化反应,主要生成-萘磺酸盐。当-萘磺酸盐与硫酸共热至165时,即转变为-萘磺酸盐。第12页/共28页3)木质素磺酸盐 木质素磺酸盐是钻井液最常用的分散剂,同时也是水泥浆良好的分散剂。但由于它同时也有缓凝作用,因而一般不用于低温。其它木质素的衍生物如木质素羧酸是比木质素
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