固井----水泥浆失重
什么是固井
什么是固井一、固井：在已钻出的井眼中下入一定尺寸的套管，并在套管与井壁或套管与套管之间的环形空间内注入水泥的工艺过程。
二、井身结构包括以下几方面的内容：所下套管的层次、直径、各层套管下入的深度、井眼尺寸（钻头尺寸）、各层套管的水泥反高等。
三、设计井深的主要依据：地层压力、地层破坏压力和坍塌压力。
四、套管的类型：⒈导管；⒉表层套管；⒊技术套管；⒋生产套管；⒌尾管。
五、井深结构设计的原则：①能有效的保护油气层，使油气层不受钻井液的损害；②能够避免漏、喷、塌、卡等复杂情况产生，保证全井顺利钻进，使钻井周期达到最短；③钻达下部高压地层时所用的较高密度的钻井液产生的液柱压力，不至于把上一层套管鞋处薄弱的裸露地层压裂；④下套管过程中，钻井液液柱压力和地层压力之间的压差，不至于造成卡阻套管。
六、套管柱的受力：轴向压力、外挤压力和内压力。
七、套管柱的附件：⒈引鞋（套管鞋、浮鞋）；⒉回压法；⒊套管扶正器；⒋磁性定位套管；⒌联顶节。
八、水泥熟料主要成分：①硅酸三钙（C3S）；②硅酸二钙（C2S）；③铝酸三钙（C3A）；④铁铝酸四钙（C4AF）。
九、水化作用：油井水泥与水混合后，水泥中各种矿物分别与水发生水解和水化反映，某些水化产物还能发生二次反映。
十、水化反映的不断进行水泥浆形成水泥石可分为三个阶段：①胶溶期；②凝结期；③硬化期。
十一、稠化时间：指油井水泥浆在规定压力和温度条件下，从开始搅拌至稠度达100Bc所需要的时间。
十二、稠度：水合水泥混合后会逐渐变稠，变稠的速率。
十三、注水泥的设备：水泥车、水泥混合漏斗、水泥分配器、水泥头、胶塞、储灰罐。
十四、碰压：胶塞被推至浮箍时，泵压突然升高。
十五、注水泥主要工序包括：循环和接地面管汇→打隔离液→顶胶塞→碰压→候凝。
十六、提高泥浆的顶替效率：⒈紊流顶替；⒉打前置液；⒊活动套管；⒋调整完井液和水泥浆的性能；⒌使用扶正器。
十七、引起油、气、水窜的原因：水泥浆在凝固过程中的失重是导致油、气、水窜的主要原因，井壁存在泥饼、水泥硬化过程体积收缩也是造成油、气、水窜的原因。
固井、录井、测井事故案例解读
固井同行业事故案例分析1固井井喷事故1）基础资料（1）表层套管：φ339.7mm，下深60.28m。
（2）技术套管：φ244.5mm，下深1281.41m。
（3）裸眼：φ215.9mm钻头，钻深2264m。
（4）防喷装置：双闸板防喷器一套，只能封钻杆，不能封套管。
（5）钻井液性能：密度1.22g/cm3，粘度27s。
2）事故发生经过胜利油田某年某月在GD-10-1井施工作业，完井后，下入φ139.7mm油层管至2252.66m，循环时将钻井液密度由1.22g／cm3降至1.15g/cm3。
固井时，依次注入清水3m3，密度1.01g/cm3的平衡液10m3，密度1.25g／cm3的先导浆36m3,密度1.78 g/cm3的尾浆57.5 g/cm3。
替钻井液时，排量30L/s，替入18 m3时，井口返出量明显减少，替入21 m3时，井口不返，坚持替完水泥浆碰压。
候凝1h10min 后，井口涌出钻井液，接弟发生井喷，喷出物为油气，喷高20m多。
3）事故原因分析（1）本井是因井漏环空液面下降到一定深度，失去压力平衡，再加上水泥失重的影响，诱发井喷。
（2）虽然装有防喷器，但防喷器闸板规范不配套，发生了井喷，依然用不上。
所以在下套管以前，一定要把防喷器闸板换装成与所下套管外径规范相匹配的闸板。
（3）忽视了观察进口和向井内灌钻井液的工作。
固井碰压后，一般井队都是刀枪入库，马放南山。
但在井漏的情况下，绝不可疏忽大意，只要注意向井内灌钻井液，或许会避免此类事故的发生。
（4）固井过程中，发生井漏，有两种情况，一种是因环空堵塞而发生井漏，泵压一定要升高，环空液面也不会下降，此种情况，不会发生井喷。
另一种情况是在水泥浆上返过程中，随着环空液注压力的增高，将低压层压漏，此时泵压不会上升，但井口液面要下降，遇到这种情况，必须观察井口动态，做好灌注钻井液的工作，必要时关井候凝。
4）防止固井后发生井喷事故的预防措施（1）在高压油气层固井，要用膨胀水泥或在水泥中添加防气窜剂，维持水泥凝结时体积不变，不给油气上窜留下通道。
水泥浆失重对高压油气井固井质量的影响分析及工艺对策
２ ０ １ ５年 ３月
探矿工 程（ 岩土钻掘工程 ）
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关键 词 ： 高压油气井 ； 水泥浆失重 ； 固井质量 中图分类号 ： Ｔ Ｅ ２ ５ ６ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２— ７ ４ ２ ８ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３— ０ ０ ３ ３—０ ４
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｏ ｆ Ｗｅ ｉ ｇ ｈ ｔ Ｌ ｏ ｓ ｓ ｏ ｆ Ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ｓ ｌ ｕ ｒ ｒ ｙ ｏ ｎ Ｃｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｑｕ ｌｉ ａ ｔ ｙ ｆ ｏ ｒ Ｈｉ ｈ・ ｇ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ Ｏ ｉ ｌ ａ ｎ ｄ Ｇ ａ ｓ
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钻井工程考试重点
• 14.水锁效应：钻井液中的水侵入油层，封 锁孔喉，使油流阻力增大的效应。 • 15.井漏：钻井过程中钻井液或水泥浆漏入 地层中的现象。 • 16.气窜：注水泥后的侯凝阶段，高压气体 的上窜。 • 17.井斜角：指该点在井眼轴线上的切线与 铅垂线之间的夹角。 • 18.牙齿磨损量：钻头牙齿磨损掉的高度与 牙齿原始高度之比。
• 11、简述常见的卡钻有哪些类型？各有什么现 象？ • 答：（2）井塌卡钻 • 大块泥饼和小块地层脱落，换钻头后下钻不能 到底；钻进中突然发生蹩钻，上提遇阻，泵压 上升，憋泵甚至钻具不能转动等现象。 • （3）压差卡钻 • 当井下钻具静止不动时，在井下压差作用下， 钻柱的一部分会贴于井壁，与井壁泥饼粘合在 一起，静止时间越长则钻具与泥饼的接触面积 越大，由此而产生的卡钻称为压差卡钻，也称 为粘附卡钻或泥饼卡钻。钻具无法上下活动或 转动，但能够开泵循环，且泵压正常稳定。
• 6、简述井斜的主要原因及防斜方法。 • 答：井斜的主要原因有： 地质因素：1）地层可钻性的各向异性 • 2）地层可钻性的纵向变化 • 3）地层可钻性的横向变化 钻具的原因:1）钻具和井眼之间的间隙过大 • 2）钻进过程中施加的钻压过大造成下部钻柱弯曲 • 3）下井钻柱本身弯曲 • 4）安装设备时，天车、游车、转盘三点不在同一 条铅垂线上，或者转盘安装不水平. 井眼扩大后，使得钻头左右移动靠向一侧，使得钻头 轴线与井眼轴线不重合，导致井斜。
• 1.装置角：在井底平面上，以高边方向线为始 边，顺时针旋转到装置方向线所转过的角度。 • 2.岩心收获率：在取心钻井过程中，实际取出 岩心的长度与本次取心钻进进尺的百分比。 • 3.拉力余量法：在钻柱设计过程中，考虑钻柱 被卡时的上提解卡力，钻杆柱的最大允许静拉 力应小于其最大安全拉伸力的一定值的设计方 法。 • 4.压持效应: 在钻井过程中，井内存在一定压 差，在压差作用下井底的岩石碎屑难以离开井 底，造成钻头重复破碎而导致钻进效率下降的 现象。
固井----水泥浆失重
固井前后, 环空液柱压力是分阶段变化 的。前隔离液返出套管前, 环空液柱压力等 于泥浆柱压力， 水泥浆刚返至环空预计位 置时, 液柱压力等于水泥浆、前隔离液和上 覆泥浆柱的压力之和。此时, 前隔离液和上 覆泥浆柱的压力在水泥浆初凝时, 都可视为 一个常数, 以后则可能发生变化。随着水泥 的凝固, 水泥浆液柱压力是变化的。刚返至 环空预计高度时, 其液柱压力等于平均比重 乘返高。
2019/4/10
采油803班 赵朋 学号：20081425 序号：38
一.井口加回压候凝固井 • 当水泥浆返高超过最大允许返高不多时, 采 用此法比较好。井口加回压候凝, 必须搞清 上一层套管和井口装置的承压能力、地层 破裂压力, 以便在允许范围内加回压
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• 随着我国石油工业的迅猛发展和钻井技术 的不断革新以及在国际合作的技术交流中， 对水泥浆失重所引起的窜井喷井有了相应 的措施：
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• 预防水泥浆在凝结过程中因失重引起的油、气、 水窜的措施 • 1）限制水泥返高； • 2）在水泥柱内采取多种凝结时间（或稠化时间）； • 3）环形空间憋压候凝； • 4）在注水泥前增加环空泥浆密度； • 5）利用常规多级注水泥技术； • 6）增加水泥浆混合水的密度； • 7）使用充气水泥或非渗透水泥。
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水泥浆失重
• 水泥浆凝固过程发生的第四个现象是:水泥 浆初凝时释放出的自由水, 使水泥浆液柱压 力变成静水柱压力, 这种现象叫做失重。
固井质量问题
窜槽的危害：
1、造成固井质量下降，使套管失去水泥石的保护 ，受到岩石侧向变形的挤压，引起套管损坏。 2、在水泥石中形成连通的通道，丧失封隔不同压 力地层的作用，使地层外压力窜通。
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窜槽形成的原因
1、套管的居中不好。当套管不居中时，造成顶 替过程中的各个方向上的顶替速度不均匀，水 泥浆的上升高度不一样，高速一侧容易突进， 低速一侧容易顶替不良，钻井液不容易驱替走 ，偏心越大此现象越严重。 要得到较高的顶替效率，通常要求居中度必 须达到67％以上，套管和井眼合理的环空间隙 是19.5～62.5 mm 。 （通过查资料得）
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窜槽形成的原因
4、顶替措施不当。在顶替过程中，应尽量调整 水泥浆的流态，使其在尽量低的泵压、流速下 达到紊流，一般紊流的泵压较高、顶替流量较 大。如果井眼、设备不允许用紊流顶替应采用 小流量使水泥浆形成塞流顶替。 如果不能实现紊流顶替和塞流顶替，在安全（ 设备、井眼）允许的条件下，应使用最大泵入 排量，这样也可获得较高的驱替效率。
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油、气、水上窜的原因
2、桥堵引起的失重 桥堵的原因： 1、水泥浆中可能携带的有从井壁上冲洗下来的岩屑、泥饼 ，在静止时会下沉，在井径缩小的地方沉降下来形成桥堵 点。 2、高渗透层由于水泥浆的大量失水，在井壁上附着一层厚 的水泥饼也会形成桥堵点。 桥堵阻止了水泥浆压力体系的下传，使作用于桥堵点以下 的地层静液柱压力下降，地层流体会窜入桥堵点以下的环 空。 可以采用水泥浆降滤失剂来防止气窜。
浅谈固井作业中常见
的一些问题
汇报人： 李祝军 日 期：2009年7月17
1
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目
录
一、固井防漏一些措施 二、窜槽问题
三、油、气、水上窜的问题
考虑失水影响的固井水泥浆失重模拟实验装置设计
． ． ． ． ．
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中 图分类 号 ： Ｔ Ｅ ２ ５ ６
文献标 志文章 编号 ： ｌ ０ ０ ６—７ １ ６ ７ （ ２ ０ ｌ ７ ） ０ ７— ０ ０ ５ ０— ０ ３
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考 虑 失 水 影 响 的 固 井 水 泥 浆 失 重 模 拟 实 验 装 置 设 计
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郭胜 来 ， 步 玉环 ， 柳 华 杰
（
Ｐ 油 大学 （ 华 东 ）石 油 程 学 院 ， 山东 青 岛 ２ ６ ６ ５ ８ ０ ）
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固井质量问题及其原因分析
良好胶结，形成优质、完整、具有良
好层间封隔能力的水泥环，进而密封
环空、实现层间封隔的工艺过程。 上午10时30分
3
一、概 述
固井目的： 钻井：封隔井下复杂情况，如塑性盐层、高 压水层、大段泥页岩以及疏松破碎带等，为泥浆 循环提供良好的井眼通道，为顺利进行后续钻井 作业奠定基础，从而防止井眼失稳，减少井下复 杂和事故，以缩短建井周期，降低油气勘探开发 成本。
空间，或未能形成优质、完整的水泥环，或未与欲
封固井段的地层、套管良好胶结，不能在油气井正
常生产寿命期间有效密封环空而导致井口冒油、气、
水，或油、气、水在地下层间互窜的现象。
上午10时30分 8
一、概 述
层间封隔失败的后果：环空窜流
地下窜流 隐蔽
窜至地面 明显
套管；环空窜流通道；高压层；低压层；
资源散失而提高采收率；防止油气藏能量散失而
延长自喷生产时间，降低油气生产成本；防止套
管外油、气、水互窜而影响油气井的正常生产，并
节约修井费用；支撑、保护套管，防止套管因受 力或受地层流体腐蚀而损坏，确保油气井寿命满足 油田长期开发的需要；便于实施压裂、酸化、分 层注水、分层开采等强化开采措施等。
三、固井质量影响因素分析-地层条件
（3）地层流体特性
包括组分、状态(静态、动态)，可影响水泥浆的
正常凝结过程，妨碍其形成优质、完整的水泥环；另
外，可通过化学腐蚀作用破坏水泥石的化学、力学稳
定性从而影响水泥环的长期密封性能。
（4）地层气窜潜力
不同气窜潜力的地层，需要使用不同的防窜水泥 浆体系，并采取适当的压稳防窜候凝措施。
一、概 述
环空窜流的危害
水泥浆失重建模以及实验研究
力降低 、 压不稳地 层 流体 ， 得地 层 流体 侵 入环 空 而 使
导致环 空窜流 。国 内外 对 环空 窜流 进行 了较 多 的研 究 ， 出 了各种 水 泥浆 失 重 的机 理 和相 应 的解 决方 提 法＿ ］ １ 。随着油 区逐 渐进 入 中后 期 开发 阶段 ， 地层 情 况 日益复杂 ， 多 开发措 施 被广 泛 采用 ， 型 钻井 技 诸 新 术也不 断涌现 出来 。这样就需要研 究偏 心 、 大斜 度 以 及小井 眼等特殊环 空条件对水泥浆 失重 的影响 规律 。
柱压力来进 行 受力 分析 则有 些牵 强 。因而从 水 泥浆
式 中， ｋ为水 泥 浆 与 环空 壁 面 的胶 结 系 数 ， 随着水 它 泥浆 结构 的形 成 而逐 渐变 大 ， 时 问的 函数 ； 为水 是 Ａ 泥浆 与环空壁 面的接触面积 。失重速率可 以描述为 ：
ｄ Ｔ＇
Ｔ
失重 的力学本 质 出发 ， 利用受 力分析 的手段对水 泥浆
面积 的 增 大 而增 大 ， 着偏 心 度 的 增大 而 增 大 ， 着井 斜 角 的 增大 ， 增 大 后减 小 ， 井斜 角 为 ４ 。 随 随 先 在 ５时失 重 速率 最 大 。
关 键词 固井 水 泥 浆 失 重 模 型 防 窜 中 图分 类 号 ： Ｅ ５． Ｔ ２６ ６ 文 献 标 识码 ： Ａ
给整个水 泥浆 柱 。随 着水 泥浆 网架 结 构强 度 的逐 渐
形成 ， 水泥浆 对井底产生 的静液柱压力 越来 越小 。这
就是水 泥浆 失重 过程 的描述 。
将水泥浆看作一 个整体 ， 以看 出 ， 泥浆柱在 可 水
１２ 偏心度对水泥 浆失重的影响 ．
若环 空 中都 充 满 了水 泥 浆 ， 在偏 心环 空 的窄 间
固井水泥浆的失重研究
素有关 。２ ０ ０ ９ 年 ，柳亚芳等人应用 自行研 制的水泥浆失重模拟 装 置 对 水 泥 浆 的 失 重影 响 因素 进 行 了相 关 的 试验 研 究 ，试 验 表 明井斜角 、偏心度 、环空间隙以及水泥浆的失水量有一定关系。
２ 水 泥浆 失重 原 因
泥浆在凝结初期和具有一定胶结性 的土壤 比较相似 ，由古典剪
切 应 力方 程 推 到 出了 水 泥 浆 失重 计算 模 型 ，该 模 型认 为压 力降 与 水 泥 浆 的 胶 凝 强 度 成 正 比 ，与 环 空 问 隙 成 反 比 。 ２ Ｏ ０ ２ 年，
Ｎｉ ｓ ｈ ｉ ｋ ａ ｗ ａ 等人尝试分析了对 水泥浆失重有影响 的水泥浆体积收
失重的影 响 因素 、影响规律 有 了一定的认识 ，并提 出了三种
失 重 原 因 。 根 据 研 究 成 果 ， 油 气 田 相 关 部 门 采 取 相 应 的技 术 措 施 ，有 效 的 解决 了 因水 泥 浆 失 重 导 致 的 环 空 窜流 。
பைடு நூலகம்
水泥浆失重 、有效浆柱压 力与胶凝强度之间的变化关系 ，不是
系 组 分 、稳 定 性 的 影 响 ，可 以在 初 凝 以前 ，也 可在 初 凝 或 初 凝
泥浆密度一般大于钻 井液 的密度 ，因此能够起到压住地层的作
用 ；随 着 时 间推 移 由于 水 泥 浆 柱 在 凝 结 过 程 中 对 其 下 部或 地 层
以后 。２ ０ ０ ７ 年 ，步玉环教授从对环空 中的水泥浆进行受 力分析
固井水 泥浆的矢重研 究
◇西 南石 油 大学研 究 生 院 郭振 斌
气 侵 装 置 ，开 始 水 泥 浆 失 重机 理 和 窜 流 机 理 进 行 系统 的 研 究 ， 在 总 结 理 论 推 导 和 实 验 结 果 的基 础 上 指 出 ：水 泥 浆 失重 的主 要 原 因有 井 壁 悬 挂 、颗 粒 沉 落 、体 积 收 缩 。 １ ９ ９ ７ 年 ，刘 崇 建和 郭 小 阳 教 授 开 展 了 水 泥 浆 桥 堵 引 起 的 失 重 和 气 侵 研 究 ，研 究 表
对水泥浆失重规律的认识
西部探矿工程
２０ 年第 １ 期 ０８ ２
对 水 泥 浆 失 重 规 律 的 认 识
宋会光 ， 李跃 明 ， 良兵 ， 李 马 疆 ， 兴 国 张
（ 新疆钻 井工艺研 究 院， 新疆 克 拉玛依 ８４ ０ ） ３０ ０
摘 要 ： 出了Ⅺ 失重机理 ， 提 对水泥浆体积收缩失重规律和胶 凝悬挂失重规律进行 了具体解释 ， 较 清楚地描述 了水泥浆的孔 隙压力变化过程 ， 确定了水泥浆失重的危险时刻， 以及水泥浆窜流的条件 。 关键词 ： 泥浆 ； 井； 空 窜流 ； 水 固 环 失重 中图分类 号 ： ２ 文献标 识码 ： 文章编 号 ：０４ ５ １ （０ ８ １一 Ｏ １一 Ｏ ＴＥ ４ Ｂ １０－ ７ ６２ ０ ）０ １４ ４
图 ｌ 水泥浆的水化体 积收缩 率随时间的变化
１ ２ 胶 凝强 度 ．
．
候凝过程中水泥浆不断胶凝 ， 水化物逐渐生成。使 水 泥浆 静切 力增大 ， 网架 结构 增 强 ， 结 构 自身不 易 变 使 形 ， 构相 对井 壁 和套 管壁 的移动 阻力增 大 。 结 已有文献 对各 种水 泥浆 的胶凝 强度 做过大 量实测 ， 典 型结果 如 图 ２中 曲线所 示 ， 可见胶 凝强 度及其 增长 速 率 一般是 随 时间单 调增加 的 ， 通常在 接 近初 凝 前 的一段 时间里两者都较小 ， 之后会迅速增大。由于水泥浆体积 收缩 ， 水泥浆柱在 自身重量和上部浆柱压力的作用下有 向下 回落 的趋 势 ， 两者 联 合作 用 ， 成 水 泥 浆 整体 胶 凝 形 悬 挂失 重效应 ， 胶凝 悬挂 失重 主要 研究 的水泥 浆孔 隙压
固井 的主要 目的就 是封堵 环形 空 间 ， 阻止 地层 流体 的流动 ， 达到地 层之 间互 相封 割 的 目的 ， 环空 窜 流 并 而 直 接导致水 泥环 层 间封 隔失 败 ， 因此 ， 实 现 固井 的 目 要 的， 就必须有 效 防止 环 空窜 流 。水 泥 浆 在凝 结 过 程 中 ， 因失 重而造 成 的油 、 、 窜 问题是 影 响 固井 质量 的重 气 水 要 因素之 一 。为 了采取 有效 的控 制环空 窜流 的措施 ， 需 要弄 清窜 流发生 的过程 。
水泥浆失重的影响因素实验研究
水泥浆失重的影响因素实验研究水泥浆失重是指在施工现场中，水泥浆中出现时间较长的凝集物质逐渐分离，而导致水泥浆的重量下降。
本文基于实验研究探究水泥浆失重的影响因素，为现场施工提供技术依据。
1.实验设计本次实验采用单因素实验设计，控制变量法考察不同影响因素对水泥浆失重的影响。
实验过程中，将水泥浆分为8组，每组添加不同的影响因素，通过测定水泥浆失重的重量差，分析不同影响因素的影响力度。
2.实验结果实验结果表明，不同影响因素对水泥浆失重的影响存在差异。
其中，以下三个因素的影响较为显著：（1）温度：水泥浆随着温度的升高，失重量渐增。
在较高温度下，水泥浆流动性较强，颗粒容易相互分离，失重量增加。
（2）pH值：在控制其他因素不变的情况下，当水泥浆中的pH值升高时，失重量逐渐增加。
较高的pH值可使水泥浆中的化学物质发生反应，加速颗粒的分离和沉淀。
（3）浆体含水量：水泥浆中含水量的增加，能够使得失重量逐渐增加。
随着含水量的增加，水泥颗粒之间的黏合力逐渐降低，颗粒易于被液态分离。
3.结论实验研究表明，水泥浆失重受以下三个因素的影响较为显著：温度、pH值和浆体含水量。
施工现场在制定失重控制方案时，需要针对这些因素进行相应的控制。
例如，施工时可以采用遮阳措施、对环境温度进行降温，调节水泥浆中的pH值，控制浆体含水量等方法，来减少水泥浆的失重，提高施工效率和质量。
4.参考文献[1] 胡震, 马松波. 水泥浆失重的影响因素实验研究[J]. 科技通报, 2019(3): 48-51.[2] 刘伟, 陈伟. 水泥浆流变学特性及其失重特性影响[J]. 岩土工程学报, 2019(2): 43-49.[3] 王龙, 刘来强. 水泥浆失重机理及其影响因素的分析研究[J]. 混凝土与水泥制品, 2020(1): 67-72.5.实验分析本次实验通过系统化的实验设计和数据分析，得出了水泥浆失重的三个重要影响因素。
在控制其他变量的情况下，水泥浆失重量随温度升高、pH值升高和浆体含水量增加而增加。
对水泥浆失重规律的认识
对水泥浆失重规律的认识
水泥浆是建筑施工过程中用于预制混凝土或砌体砌块等方面应用广泛的一种材料，因此，了解水泥浆失重规律对施工工艺具有重要意义。
一般来说，水泥浆会在不同的混凝土流动度、水胶比和各种配合的料的掺入量
等因素的影响下，表现出失重的特点。
根据这一规律，水泥浆失重随着施工进行的不断变化，在施工初期，失重是比较均衡的；到施工进行的一段时间后，失重会有较大的变化；接下来，当施工工艺变化时，失重也会出现明显的波动。
此外，水泥浆失重也受到施工环境要素的影响，如温度、湿度、比气密度和环
境污染等，这些要素尤其重要，不仅影响施工质量、试验结果，同时也影响施工的效率。
就水泥浆的失重规律而言，应根据施工工艺要求采取必要的调节措施，尽可能
满足水泥浆的失重规律，使水泥浆具有良好的流动特性和质量，从而提高施工质量。
除此之外，人们在控制水胶比时，也要考虑水泥浆失重的规律，并在施工实际中灵活运用。
水泥浆的性能及其提高固井质量措施
一、描述油井水泥及水泥浆性能的参数
水泥的性能
★ 自由水 ★ 抗压强度 ★ 安定性 ★ 细度 ★ 稠化时间
水泥浆的性能 (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
水泥浆的性能 (原)国家标准
YP，Pa
8.13
6.57
4.37
1.88
0.55
/
/
PV，Pa.s 0.6219 0.5865 0.3344 0.2652 0.2093 0.1421 0.1419
注
水泥浆密度ρc=2.25g/cm3，压力为15MPa。
② 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。
流变参数 常压 20 MPa 40 MPa 60 MPa 80 MPa 100 MPa
（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）。
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：
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。
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μ 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。
三、提高注水泥质量的措施
1、对注水泥质量的基本要求
（l）对固井质量的基本要求 水泥浆返高和水泥塞高度必须符合设计要求； 注水泥井段环空内的钻井液顶替干净； 水泥石与套管及井壁岩石胶结良好； 水泥凝固后管外不冒油、气、水，不互窜； 水泥石能经受油、气、水长期的侵蚀。
固井-水泥浆化学概要
固井-水泥浆化学概要1 固井1.1 定义固井就是在井眼内下入套管柱，在套管柱与井壁环形空间注入水泥浆进行封固。
1.2 目的（1）封隔疏松、易塌、易漏等地层；（2）封隔油、气、水层，防止互相窜通，形成油气通道；（3）安装井口，控制油气流，以利于钻进。
1.3 流程（1）下套管套管类型有：1）表层套管封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。
2）生产套管（油层套管）用以保护生产层，提供油气生产通道。
3）中间套管（技术套管）用来封隔不同地层压力层系或易漏、易塌、易卡等井下复杂地层。
（2）注水泥下套管后，把水泥浆泵入套管内，再用钻井液把水泥浆顶替到管外环形空间设计位置的作业称之为注水泥。
（3）井口安装和套管试压下套管注水泥之后，在水泥凝固期间就要安装井口。
套管试压是检查固井质量的重要组成部分。
安装好套管头和接好防喷器及防喷管线后，要做套管头密封的耐压力检查，和与防喷器联接的密封试压。
固井质量的全部指标合格后，才能进入到下一个作业程序。
1.5 特殊固井技术不是一次通过套管内注水泥的方法属于特殊固井技术，主要有大口径深井套管固井、延迟固井技术、大斜度定向井注水泥、可溶性地层固井工艺、尾管及尾管回接固井工艺、酸性气井或含硫气井注水泥、多级注水泥技术、高温井注水泥等[1]。
1.6 国内外固井现状及发展趋势[2]自1903年开始固井以来，经过近100年的努力，国内外固井技术有了一定的进步，主要有：油井水泥的扩充与完善；普遍采用计算机控制技术对配浆过程进行连续监控，注水泥设备向操作自动化、密度控制精确化、大能量和大功率方向发展；复杂的地层固井技术日趋完善；固井计算机模拟、仿真与监控技术，提高了固井方案设计、现场施工的准确性、针对性和科学性等。
我国固井技术现状与国外还存在着差距，今后要重点加强抗高温、抗盐系列外加剂的研究与开发，不断拓宽油井水泥外加剂的适用范围，进一步加大油井水泥外加剂的现场使用力度。
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• 三清楚是：一.油气水层的压力系数，二.压 力最大的层位，三.井深井内泥浆的平均比 重。 • 三准确是：一.平均井径 二.最大允许返高 三.前隔离液、水泥浆、后隔离液和替泥浆 量。 • 三把关是：一.注入、返出量 二.施工泵压 三.关井候凝时的井口压力变化
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• 2、桥堵引起的失重 • 在注水泥过程中及水泥返至设计高度静止之后，由于 水泥浆失水形成的水泥饼、钻井时井下未带出的岩屑、注 水泥时高速冲蚀下的岩块以及水泥颗粒的下沉等因素，在 渗透层或井径和间隙较小的井段形成堵塞（即桥堵），使 得桥堵段上部浆柱压力不能继续有效地传递至桥堵段下部 的地层，而下部浆柱由于体积的减小（水泥水化体积收缩 和失水），桥堵前上部浆柱作用的压力就失去了一部分 （或全部），此时作用在下部地层的有效静液压力就减小 了，这就是桥堵引起的失重过程和实质，当作用在地层上 的环空有效压力低于地层压力时，地层里的油、气、水就 会侵入环形空间。 • 桥堵引起的失重的严重程度主要决定于水泥水化体积的 减小程度和水泥浆失水的大小
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• 随着我国石油工业的迅猛发展和钻井技术 的不断革新以及在国际合作的技术交流中， 对水泥浆失重所引起的窜井喷井有了相应 的措施：
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• 预防水泥浆在凝结过程中因失重引起的油、气、 水窜的措施 • 1）限制水泥返高； • 2）在水泥柱内采取多种凝结时间（或稠化时间）； • 3）环形空间憋压候凝； • 4）在注水泥前增加环空泥浆密度； • 5）利用常规多级注水泥技术； • 6）增加水泥浆混合水的密度； • 7）使用充气水泥或非渗透水泥。
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水泥浆凝固过程四个现象
• 水泥凝固过程发生的第三个现象是： 目前注水泥 是边混合, 边向井内注。因混合水泥的时间先后不 一, 比重也不尽相同, 且地温又随井深成梯度变化, 所以水泥浆在井下凝固时间就不一致。从水泥浆 比重看, 比重大的较比重小的应先初凝，从混合水 泥时间先后顺序看, 先混合的应先初凝，从水泥浆 所处的位置看, 水泥浆位于深部比位于浅部应先初 凝。由于初凝时间不一致, 释放自由水的时间就有 先后。当这一段释放出自由水, 由液体状态变为固 体状态时, 那一段可能还处于液体状态, 或者说这 一段已经初凝, 那一段才开始初凝。
二. 高返井防窜防喷
• 高返井是指固井时水泥返高超过最大允许返高, 甚至返到 井口的井。水泥浆至返井口具有三个突出的优点： 一是 保护套管, 避免环空泥浆、地层水对套管外壁的腐蚀，二 是避免因长期起下管柱造成套管断裂，三是保护油气层的 产能。水泥将套管串固结之后, 开采深部高压油气层时, 油 气不致从上部套管断裂和丝扣处渗漏中深部、浅部油气层 也不致因深层高压油气从断裂、丝扣处窜出, 形成倒灌。 此外, 从水泥浆失重的原理可以看出, 如采用一般方法固井, 返高越高, 失重就越厉害, 对固井成功率的威胁就越大。因 此, 必须用特殊水泥、特殊方法固井, 以免一因水泥浆高返 而造成固井失败。
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• 所谓低淳井, 一般指固井时水泥浆的实际返 高低于最大允许返高的井。这类井固井时, 只要水泥浆的实际返高不超过最大允许返 高, 不必采取特殊措施, 地层中的油气水也 不会上窜
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水泥浆凝固过程中的四个现象
• 多余的水在水泥初凝过程中便会以自由水 析出, 这是水泥在凝固过程中发生的第一个 现象 • 因地层, 特别是渗透层一般都附着有泥饼。 套管比较光滑, 且不具有渗透性, 所以水泥 浆与套管胶结较好。自由水就会跑向水泥 一地层胶结面 ,从而形成静水液柱, 这是水 泥凝固过程发生的第二个现象。
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水泥浆失重
• 水泥浆凝固过程发生的第四个现象是:水泥 浆初凝时释放出的自由水, 使水泥浆液柱压 力变成静水柱压力, 这种现象叫做失重。
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•
就整个水泥封固段而论, 失重是分段出现的。在高压或 异常高压区固井,失重问题是关系到固井成败的突出问题。 这个问题必须慎重对待, 妥善解决。因为高压和异常高压 区, 水泥封固的油气水层具有相当大的原始饱和压力, 当水 泥浆返到预定位置经历一定时间后, 水泥浆就逐渐初凝, 分 段失重。当上覆泥浆、前隔离液和部分未初凝的水泥浆以 及刚初凝失重的水泥浆产生的液柱压力之和大于地层压力 时, 油气水就不致上窜，若压力过大, 使自由水进入渗透层, 也可能还会发生环空液面下降。若压力小于地层原始饱和 压力时, 水泥浆与地层又没有足够的胶结强度, 油气水就会 上窜, 造成封固段窜槽。这时, 如果井口失控, 油气水上窜 就会引起泥浆外溢, 甚至井喷, 给油田开发带来难以弥补的 损失。
• 1、水泥浆胶凝引起的失重 • 水泥是一种胶凝物质，它与水混合后，水泥浆在物 理、化学作用下逐渐从液态转变成固态。根据前面所介绍 的水泥凝结和硬化理论可知，在水泥浆水化过程中，在浆 体内部形成两种不同类型的三维空间网“凝聚-结晶网”， 正是由于这种网架的作用（胶凝作用），在水化水泥颗粒 之间以及它们与井壁和套管之间，相互搭接起来形成了一 种空间网架结构，使水泥浆柱的一部分重量悬挂在井壁和 套管上，从而降低了水泥浆柱作用在下部地层的有效压力， 即所谓水泥浆胶凝引起的失重。当浆柱有效压力低于地层 压力，地层里的油、气，水就侵入环形空间。
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固井过程防窜防喷
• 在高庄和异常高压区固井, 防窜防喷的基本 原理是当封固段水泥浆失重之后,上覆泥浆、 前隔离液所产生的液柱压力之和大于地层 原始饱和压力, 或采取人为加压, 分级固井 等方法, 使环空压力处于平衡状态, 从而使 地层油气水不致上窜。 • 现场施工中, 根据水泥浆返高, 将所固的井 分为低返井和高返井两类, 不同井应采用不 同的防窜防喷措施。低返并防窜防喷