水泥浆的性能及其提高固井质量措施

（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：
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。
（1）稳定性的表示方法：
（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。
① 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。
流变参数 27℃ 50℃ 75℃ 90℃ 120℃ 150℃ 175℃
③ 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。
（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、
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％。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。
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。
最大用水量：为了使水泥颗粒保持悬浮，直至凝固，
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。
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
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。
（2）稳定性的测量方法：
① API标准的自由水； ② 水泥柱纵向收缩； ③ 水泥柱纵向密度梯度（分布）。
★ 密度 ★ 流动度 ★ 凝结时间 ★ 水泥石抗折强度
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。
混合水
最小水量
最大水量
不可泵送 可泵送泵
（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
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。
3、水泥浆的流变性
（2）密度设计：根据井下条件和施工作业的要求进行 密度设计。设计准则：
① 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。
② 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。
流变参数是描述水泥浆在外力作用下，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。
（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。
YP，Pa
8.13
6.57
4.37
1.88
0.55
Baidu Nhomakorabea
/
/
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。
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%）。
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。
（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。