水泥浆性能系数SPN值定义
超细水泥汇总
超细低密度水泥浆的研制及其应用L G 地区储层深 ,均为深井和超深井 ,岩性、压力来较大的风险和困难。
长封固段带来大温差问题突系统复杂 ,地层压力系数从 1. 0 到 1. 75 不等 ,长裸眼段压力窗口窄,极易发生井漏。
为实现平衡压力固井 ,采用了低密度水泥浆加常规密度水泥的浆柱结构,在确保主要目的层的封固质量的同时,还要求根据颗粒级配原理 ,实现漂珠、水泥、超细水泥、保证对上部气层实现有效封隔,这不仅需要“三高气井低密度水泥浆克服早期强度低 ,沉降稳定性差 ,渗透率较高等缺点,还要具有良好的防气窜性能, 良好的防漏堵漏功能等特性 ,才能满足该地区固井的要求。
L G地区固井技术难点:1) 井深 ,封固段长 ,封固层位多,压力系统复杂 ,上部存在气层 ,钻井过程中从沙一段到东岳庙组均存在不同程度的气测异常或气侵的情况 ,防气窜难度大。
2) 地层承压能力低 ,施工中高泵压极可能造成井漏 ,导致水泥浆返高达不到要求。
必须采用正注反挤的工艺措施来保证全井封固质量 ,耗时费力 ,增加成本。
3) 气井封固段长 ,一次固井封固段经常出现在2000 m 以上 ,注灰量大 ,固井施工泵压高,给固井带来较大的风险和困难。
长封固段带来大温差问题突出,井眼上部水泥石强度发展缓慢 ,影响电测质量。
2 设计思路根据颗粒级配原理 ,实现漂珠、水泥、超细水泥、微硅等特种不同粒度分布的材料进行组合 ,优化设计各组分的比例 ,使之尽可能地达到高的体积堆积系数 P V F 值 ,实现紧密堆积。
水泥颗粒的平均粒径为20～30μm ,小于 10μm的粒子不足,水泥粒子之间的填充性并不好。
加入超细粒子粗细组合 ,可使堆积体的孔隙率达到很小的程度。
在水泥中掺入超细掺和材料 ,如超细水泥 ,微硅粉等 ,可以大幅度地改善胶凝材料颗粒的填充性 ,提高水泥石的致密度、抗渗透性与水泥石强度。
利用超细水泥细化后水化加快;强度发育更快;浆体更加稳定;水泥石更均匀、致密;填充性能更好;活性比微硅更高,不需要激活 ,低温下仍然能发挥强度等一系列物化性能改善的有利因素 ,取代一部分 G 级油井水泥 ,使低密度水泥浆的各项性能得到提高。
川西水平井水泥浆防气窜评价方法
川西水平井水泥浆防气窜评价方法朱礼平;廖忠会;刁素;严焱诚【摘要】In order to solve the poor quality of cementing production casing of horizontal wells, the gas channeling control property design of the cement slurry was taken as the break point, and the influence of different cement slurry to gas channeling was analyzed through lab experiments. And the adaptability of evaluation methods for gas channeling control was evaluated. Then the multi-factor evaluation method was put forward for gas channeling control performance of cement slurry on horizontal wells, considering the horizontal well trajectory features. It was the evaluation method for modified A value or SPN value under none free water and filter loss less than 50 rtiL. The successful application of the new method on cementing the middle-shallow horizontal wells in West Sichuan area provided a theoretical direction for the horizontal well cementing in West Sichuan.%为解决水平井开发中油层套管固井质量差的实际难题,从水泥浆防气窜性能设计入手,通过室内实验分析了不同体系水泥浆性能对气窜的影响,评价了各种常用防气窜评价方法的适应性；结合水平井井眼轨迹特点,形成了水平井水泥浆防气窜性能多因素评价方法,即在自由水为0和滤失量小于50 mL条件下修正了水泥浆性能系数(SPNx值)和阻力系数(Ax值)评价方法,并成功应用于川西某口中浅层水平井固井中,为以后川西水平井固井水泥浆防气窜性能设计提供了理论指导.【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2012(034)001【总页数】3页(P60-62)【关键词】水平井;固井;水泥浆性能;防气窜;评价方法;川西地区【作者】朱礼平;廖忠会;刁素;严焱诚【作者单位】中国石化西南油气分公司工程技术研究院,四川德阳618000;中国石化西南油气分公司工程技术研究院,四川德阳618000;中国石化西南油气分公司工程技术研究院,四川德阳618000;中国石化西南油气分公司工程技术研究院,四川德阳618000【正文语种】中文【中图分类】TE256与常规直井相比，水平井由于造斜段和水平段井眼轨迹影响，存在套管居中度不高、水泥浆顶替效率不好等难题，大多数水平井油层套管固井质量都不理想，很难保证水平井长效封固质量，影响着油气井长期安全生产［1］。
固井水泥浆性能对固井质量的影响分析
固井水泥浆性能对固井质量的影响分析摘要：石油固井作业的实施具有规模大、难度高的特点，且在实施过程中的稳定性也不能得到保证，潜在风险高。
由此可见，石油开采的难度极高，石油固井在石油钻井工程中占据重要的地位，在石油开采工程中也发挥着重要作用。
因此，在石油固井作业进行时，相关管理部门要给予高度重视，结合实际情况制定科学合理的工程规划，将其贯彻于工程的全部，奠定开采工作基础，提高工程质量。
本文主要分析固井水泥浆性能对固井质量的影响。
关键词：固井；水泥浆；性能；固井质量引言目前，随着对固井质量影响因素全面而深入的研究，水泥浆性能对固井质量的影响越来越受到固井工作人员和科研人员的高度重视。
研究表明，水泥浆的体系以及性能都会不同程度地对固井质量产生影响，但是关于水泥浆性能对固井质量影响的研究主要是室内实验研究利用统计现场数据的方法研究水泥浆性能对固井质量的影响还很少，只对水泥浆的少数性能进行统计，没有对水泥浆性能进行系统的统计。
在NH油田，能统计到的水泥浆主要性能包括水泥浆稠化时间、水泥浆稠化过渡时间、失水量、领浆长度、尾浆长度、领浆密度等。
水泥浆的这些常规性能都会影响固井质量，并且可能是多个性能共同影响着固井质量。
由此可见，从统计的角度出发，可以得到水泥浆的性能对固井质量的影响。
接1、水泥浆关键材料研究（1）抗高温弹性材料研究。
水泥石的弹性与水泥石的长期封固能力密切相关。
高弹性低弹性模量的水泥石有助于水泥环长期封固的稳定性。
因此，提高水泥石弹性能力具有重要意义。
室内对不同的抗高温弹性改性材料进行评价。
实验结果表明，掺入弹性材料均可以降低水泥石的弹性模量，提高水泥石弹性。
高温弹性剂颗粒对水泥石弹性效果改善最大，其次是胶乳液材料，纤维材料对水泥石弹性模量改善较小。
其原因可能是高温弹性剂可在水泥石内部可形成柔性结构中心，从而降低水泥石弹性模量。
因此，室内选择抗高温弹性剂作为水泥浆的弹性改性材料。
为进一步分析高温弹性剂对水泥石力学性能的影响规律，室内研究了不同高温弹性剂掺量下水泥石的力学性能。
固井水泥浆性能对固井质量的影响分析
固井水泥浆性能对固井质量的影响分析摘要:为了研究水泥浆性能对固井质量的影响,利用现场水泥浆性能的相关资料并结合第一､第二界面固井质量的测井解释结果,定性地统计出水泥浆性能与固井质量间的关系｡经过对水泥浆性能的统计表明,水泥浆结构使用领浆和尾浆比用单一结构的固井质量要高,且当领尾浆的长度比大于1､领尾浆的稠化时间差为40~60min时,有利于提高固井质量｡水泥浆领浆和尾浆的稠化过渡时间小于20min 时,有利于提高固井质量｡如果用水泥浆性能系数SPN评价水泥浆的防气窜能力,则领浆的SPN值小于3及尾浆的SPN值小于6时,有利于保证固井质量｡｡关键词:固井;水泥浆;性能;固井质量1前言目前,随着对固井质量影响因素全面而深入的研究,水泥浆性能对固井质量的影响越来越受到固井工作人员和科研人员的高度重视｡研究表明,水泥浆的体系以及性能都会不同程度地对固井质量产生影响,但是关于水泥浆性能对固井质量影响的研究主要是室内实验研究｡利用统计现场数据的方法研究水泥浆性能对固井质量的影响还很少,只对水泥浆的少数性能进行统计,没有对水泥浆性能进行系统的统计｡2固井水泥原材料2.1水泥选择目前,我国常用普通硅酸盐水泥和G级油井水泥作为固井原材料｡针对钻采地热能时热能的流失和孔壁垮塌等问题,我国研究人员展开了一系列研究｡以硅酸盐水泥为原材料制备了固井导热水泥材料,以G级油井水泥为原材料与石墨混合制备导热水泥材料等｡普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料,5%~20%的混合材料及适量的石膏混合而成｡G级油井水泥与普通硅酸盐水泥的根本区别在于:油井水泥具有严格的化学成分和矿物成分,由硅酸盐水泥熟料和适量的石膏混合而成｡针对这两种常用固井水泥的性能,国家相关学者研究分析出高温条件下,两种固井水泥的流动性与水灰比成正比关系;由于水分的蒸发,两种水泥的凝结时间都显著减少;高温下养护3d,两种固井水泥的抗压强度也受到很大影响,但是G级油井水泥下降幅度小,较为稳定｡除此之外,G级油井水泥还具有较好的抗硫酸盐腐蚀作用,于是选用较为稳定的G级油井水泥作为固井原材料,研究人员更容易筛选出高导热固井水泥材料｡2.2外加剂选择为了弥补固井水泥在高温条件下性能的减弱,于是研究者向固井水泥中混合了外加剂,从而来调整固井水泥的性能｡常用的外加剂分为降失水剂､缓凝剂､早强剂､减水剂､分散剂等等｡因此,选用合适的外加剂,对于提升固井水泥性能是非常重要的｡(1)降失水剂用于固井水泥中时,减少水泥浆滤失量,有效控制固井水泥的流动性和稠化时间,工程中使用最多的降失水剂主要是以AMPS和AM为主要单体的共聚物｡(2)油井水泥稳定剂是一种以多种氢氧化物为主辅以适量抗高温纤维组成的固体粉末,稳定剂的加入能防止水泥长期经受高温后抗压强度的衰退,但其加量越大水泥流动性就越差,因此需要控制加入稳定剂的用量｡(3)在地热钻采深度为1800m以上时,为了防止水泥浆凝结过快,需要向固井水泥中加入缓凝剂｡缓凝剂通常为羟基羧酸类､有机膦酸类以及木质素磺酸盐类,然而常用的聚合物缓凝剂在高温､强碱易发生降解,经研究如果通过聚合反应将含有多种官能团的单体聚合在一起,可以使缓凝剂具有更好的抗温性能｡3水泥浆性能对固井质量的影响3.1水泥浆初稠水泥浆初稠对顶替流态有很大的影响,可影响顶替效率和固井质量｡当水泥浆初稠较小时,则可能降低顶替效率;当水泥浆初稠较大时,流动度较低,导致部分环空返速达不到要求,从而影响固井质量的提高｡水泥浆的初稠在5~10BC时的固井质量较高｡因此,设计水泥浆初稠在一定的范围内可以提高固井质量｡3.2水泥浆稠化过渡时间水泥浆的稠化过渡时间是水泥浆防窜系数的核心指标之一,稠化过渡时间越短,防窜效果越好｡这是因为稠化过渡时间缩短后,减少了地层流体窜入井内的时间,有效地防止窜流的发生,从而提高固井质量｡水泥浆领浆和尾浆稠化过渡时间的影响如表1所示｡由表1可知,水泥浆领浆和尾浆稠化过渡时间少于20min时,其第一､第二界面的固井优质率和总合格率都相对较高｡因此,应尽量使水泥浆的稠化过渡时间控制在20min以内｡表1水泥浆领浆和尾浆稠化过渡时间的影响3.3水泥浆领浆和尾浆稠化时间差值水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差值主要影响着水泥浆的防窜效果,差值不宜过小也不宜过大｡当水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差偏小时,使领浆的缓凝效果减弱,地层流体有可能在领浆开始失重并且尾浆胶凝强度未达到240Pa时进入井内,导致窜流发生;当水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差偏大时,领浆的过度缓凝可能会影响尾浆的凝固效果,导致窜流发生,从而使得固井质量降低｡水泥浆领浆和尾浆稠化时间差的影响如表2所示｡由表2可知,水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差值介于40~60min时,其第一､第二界面的固井优质率和总合格率都相对较高｡因此,应该使水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差控制在40~60min以内｡表2水泥浆领浆和尾浆稠化时间差的影响3.4水泥浆性能系数SPN值PN值是水泥浆防窜系数的指标之一,SPN值小于3时,表示防窜效果好;SPN介于3~6之间时,表示防窜效果中等;SPN大于6时,表示水泥浆防窜效果差｡水泥浆领浆的SPN值的影响如表3所示｡由表3可知,水泥浆领浆的SPN值小于3时,固井质量优质率较高;水泥浆尾浆的SPN值小于6时,固井质量优质率较高｡因此,在用SPN设计水泥浆的防窜性能时,注意分别考虑领尾浆的防窜特性｡表3水泥浆领浆的SPN值的影响4结论水泥浆结构使用领浆和尾浆比用单一结构的固井质量要高,且当领尾浆的长度比大于1.5和领尾浆的稠化时间差为40~60min时,有利于提高固井质量｡水泥浆领浆和尾浆的稠化过渡时间少于20min时,有利于提高固井质量｡如果用水泥浆性能系数SPN评价水泥浆的防气窜能力,则领浆的SPN值小于3及尾浆的SPN值小于6时,有利于保证固井质量｡参考文献:[1]刁胜贤,张丽哲,任知维,等.粉煤灰水泥浆体系研究与应用[J].石油钻探技术,2002,30(5):39-41.[2]叶志富.固井质量影响因素及对策[J].天然气技术,2008(3):27-29,79.[3]曾庆真.海拉尔盆地苏德尔构造带固井质量的影响因素及对策[J].内蒙古石油化工,2005(7):121.。
埕海地区防气窜固井技术
埕海地区防气窜固井技术王春才【摘要】水泥浆在凝结过程因失重而造成的气窜问题是影响固井质量的重要因素之一.油井一旦发生气窜,会造成巨大的经济损失,甚至造成重大井控事故.大港油田埕海区块地质情况复杂,温度高,压力大,油、气活跃,固井防气窜难度大.从埕海区块地质特点出发,分析了该区块油层套管气窜的原因,研究总结出一套适合埕海地区的油层套管防气窜综合固井技术,从而提高固井质量.【期刊名称】《天津科技》【年(卷),期】2018(045)001【总页数】4页(P74-76,80)【关键词】固井;防气窜;埕海;水泥浆【作者】王春才【作者单位】天津中油渤星工程科技有限公司天津300451【正文语种】中文【中图分类】TE251 埕海地区气窜风险分析埕海区块属于大港油田，为张东断层下降盘鼻状构造。
本区域目的层埋藏较深，在3,900～4,300,m左右，井底循环温度 90～110,℃，完井钻井液密度1.30～1.44,g/cm3，主力油层位于沙河街，油气异常活跃。
由潜气窜因子法(GFR)计算该区域的潜气窜因子，了解该地区的气窜危害程度。
水泥浆液柱压力损失(失重)与水泥浆静胶凝强度发展引起的关系为：式中，MPR为水泥浆静胶凝强度发展引起的压力损失，MPa；SGS为水泥浆静胶凝强度，MPa；L为环空水泥浆长度，m；Dh为井眼直径，mm；Dc为套管直径，mm。
水泥浆静胶凝强度达到 240,Pa时，水泥浆就有足够的强度阻止气窜，可能引起水泥浆气窜的最大压力损失为：水泥浆顶替到位后初始过平衡压力(OBR)为：式中，PST为初始静液柱压力，MPa；PG为气层压力，MPa；OBR为初始过平衡压力，MPa。
GFR值为 1～3，发生环空气窜的潜在危险程度为轻度，GFR值3～8为中等，GFR值大于8为严重。
埕海区块均采用 139.7,mm油层套管固井，分别将各井数据代入以上公式，可得该区域井位的 GFR，可见该区块各井均存在不同程度的气窜风险，如表1所示。
关于低密度高强度固井水泥浆的应用探讨
关于低密度高强度固井水泥浆的应用探讨作者：肖金柱来源：《China＇s foreign Trade》2010年第22期摘要为了满足低密度条件下固井施工的要求，常用的低密度水泥浆必须被淘汰。
本文就高强度超低密度水泥浆的基本性能及优势进行的研究得知其适用的温度范围十分广泛，具有稳定性好、抗压强度高、渗透率低、防气窜能力强、失水量易控制等优点，因此可以在更大的方面满足低压易漏、气体钻井以及欠平衡钻井的固井要求，简化了施工工艺，提高了施工效率。
关键词低密度高强度水泥固井应用1低密度高强度固井水泥的设计思路及组成体系组成1.1低密度高强度水泥将的设计思路随着科学界对微观力学与宏观力学进一步的研究，一些科学工作者提出了通过紧密堆积理论及材料颗粒大小分布来提高材料宏观力学性能的技术构想。
通过调节混合物加固对象的不同颗粒的尺寸分布，进行合理级配和加工，从而使水泥浆体系能够实现良好的孔隙充填。
多种尺寸的颗粒分布的混合物紧密堆积一单位体积水泥浆含有更多的固相，从而得到高性能的水泥浆。
低密度高强度水泥浆的组成是根据物料间的物理化学作用来确定的。
为提高低密度水泥浆的性能，研究并确定具有一定颗粒分布的充填性好、比表面积小、表面光滑致密、本身化学性能高的矿物活性材料，不仅能够发生自身凝硬性的反应，还能够提高水泥浆的整体性能。
高强低密度水泥浆是以线性堆积模型和固体悬浮模型为基础的，根据紧密堆积理论进行设计。
这个体系利用合理的物料颗粒级配以及对物料表面性质的改善，减少物料颗粒间的充填水和表面的润滑水，提高单位体积水泥浆中的固相，形成更加致密的水泥石，通过超细矿物材料之间的物理作用，提高低密度水泥浆的力学性能。
体系中的增强剂是由具有合理颗粒级配的活性矿物材料组成的，可在水泥中形成具有致密网架结构的悬浮体系，体系中还能够产生细小的、均匀分布的、具有一定弹性的封闭泡沫，能够进一步地充填、连接悬浮体系中的固体颗粒，从而使体系更加稳定。
XH1井窄压力窗口小间隙超深井尾管固井技术
114X H 1井四开采用Ф165.1m m 钻头，完钻井深6365m ，电测井底温度136℃，完钻钻井液密度2.07g/cm 3，裸眼段长339m，电测平均井径169.62mm，扩大率2.74%，下入Ф146.1mm尾管坐底固井，悬挂器位置：5501.85-5505.22m。
1 主要固井技术难点1.1 压力窗口窄，防漏与压稳矛盾突出本开次气层活跃，全烃最高99.999%，钻井液密度一旦低于2.05 g/cm 3时气侵严重，而高于2.07g/cm 3时循环即发生漏失，安全窗口窄。
1.2 水泥浆体系设计难度大电测温度136℃，高温对流变性、沉降稳定性、水泥石强度等提出了高要求[1]。
本次固井属于酸性气田生产尾管固井，要求水泥浆具有良好的防气窜、防腐性能。
1.3 多因素共同制约，顶替效率难以保证 套管无接箍，无法加放常规扶正器，套管的居中度无法保证。
此外，环空间隙小，最小处仅2.65mm，流动摩阻大，施工泵压高，排量受到限制。
在多因素共同制约下，顶替效率难以保证。
1.4 钻井液与水泥浆相容性差本开次钻井液体系为聚磺防塌体系，粘切高，水泥浆与钻井液相容性差，同时由于井深，运移段长，容易导致浆体互窜，一旦水泥浆与钻井液直接接触，给固井带来极大的安全隐患。
2 抗高温加重胶乳防腐防窜水泥浆体系 2.1 固相配方设计原理 本开次钻井液密度2.07g/cm 3，综合考虑防漏与压稳，本次水泥浆密度设计为2.15g/cm 3，运用紧密堆积理论和颗粒合理级配技术[2]，指导固相配方的设计。
本次水泥浆固相采用G级水泥、铁矿粉、不同目数硅粉（70、140目）及多种不同密度粒度的外加剂充分混配，保证水泥浆稳定性。
2.2 增强水泥石防窜防腐性能胶乳具有较强的的防腐能力，可防止水泥石的腐蚀[4]。
同时优选防气窜剂、复合粒径改性弹性剂、增韧剂等外加剂，通过相互之间的协同增效作用，使水泥石具有良好的防窜防腐效果，水泥浆的防气窜性能系数SPN值为0.78，渗透率0.016mD。
XX深层气井防窜水泥浆固井技术研究
大庆深层气井防窜水泥浆固井技术研究ﻭﻭ大庆深层气井防窜水泥浆固井技术研究杨勇ﻭﻭ摘要:针对大庆深井固井现状，研制出防气窜增韧水泥浆体系，提出与之配套的固井工艺技术。
性能评价试验结果表明,该水泥浆体系防气窜性能良好，抗冲击功有显著提高.现场应用表明，采用该水泥浆体系并结合配套固井方案成功地解决了水泥浆因凝固失重及压裂带来的气窜问题,固井质量优质。
关键词:防气窜,增韧，固井,水泥浆ﻭﻭﻭ大庆深层气井井深一般在３１50~5５00m之间,固井封固段长、地温梯度高,还需要对气层进行试气、压裂等作业，这就对水泥浆性能及固井施工有了更高的要求，必须保证全井段封固质量良好。
目前大庆深层气井固井质量并不十分理想,2005年以来,相继发生了升深8井、升深２—1７井、徐深10井在试气前发生环空窜气问题，徐深901井在压裂后出现环空窜气现象,影响了油气测试和产能建设。
ﻭ针对大庆深层气井存在的气窜问题，优选出高温防气窜水泥外加剂及抗高温韧性填充材料，提高了水泥浆的防气窜能力、水泥石的韧性及抗冲击能力，并提出与之相配套的气井固井方案技术，实现了提高大庆深层气井固井工程质量的目标。
ﻭ1 大庆深层气井固井水泥浆体系研究1.1 高温防气窜增韧水泥浆体系应满足的条件ﻭ(１）水泥浆可泵性好,密度控制在１。
90 g/ｃm３,流动度大于220ｍｍ；ﻭﻭﻭ(2)水泥浆的稠化时间可调,过渡时间小于1５min；ﻭﻭ(3）水泥浆具有较小的滤失量,失水量小于100ml／３0m ｉn·6。
9MＰa；ﻭ（4）抗压强度（48h×20.7ＭPa×１８0℃)大于25 ＭPa;ﻭ（5)水泥浆处于失重状态时,水泥基质渗透性低,内部阻力大，能抵御气体的窜入;ﻭ（6）抗冲击韧性好,冲击功比常规水泥石提高２0%以上。
ﻭﻭ１.2 高温防气窜外加剂的选择根据国内外现有外加剂的性能、使用状况及大庆深层气井钻井完井的特点、环空气窜的特性，经过大量室内试验及分析对比,考虑采用丁苯胶作为防气窜水泥浆的外加剂比较合适.ﻭﻭ丁苯胶由无数橡胶粒子组成,随着水泥水化温度的升高,橡胶粒子与水分子、水泥中的SiO2、ＳO2了氢键、氧桥、和硫桥，构成了网架结构,聚结了比其它水泥外加剂高的能量，抗高温性得到提高。
水平井完井方案
水平井完井方案一、高压气层水平井完井固井存在的主要问题（一）高压气井完井固井存在的主要问题1、高压气井注水泥后，地层流体层间互窜是固井过程中经常存在的一个难点问题；形成原因：水泥浆失重。
即水泥浆凝固时，作用与地层流体的水泥浆柱压力不断降低，当地与地层流体压力时，地层流体就会侵入到环形空间形成窜槽，破坏水泥石的密闭作用。
2、高温高压气井生产套管的选择也是完井过程的一个难点；主要包括以下几方面：1、螺纹连接。
资料表明，能承受20 兆帕水试压的套管螺纹，却不能保证10 兆帕压力下的气体密封；2、在高温高压气井条件下，套管的屈服强度和弹性模数降低，实验表明：在温度达到100－200 摄氏度之间，套管的安全系数降低7－12％；3、高压气井队套管的抗内压也有较高的要求；4、高温高压气井生产套管的选择原则。
由于超高强度套管不可避免的要增加硬度，所以超高强度套管对表面缺陷和应力腐蚀非常敏感。
（二）水平井完井固井的主要问题1、套管弯曲。
在弯曲井段，套管除承受轴向拉力以外，还要承受弯曲引起的附加轴向拉力，需要更高的抗拉强度，更好的螺纹密封性能。
2、钻井液窜槽。
固井实验结果证明，几乎每口水平井沿着环空下部的水泥环都存在有钻井液窜槽。
一般认为，钻井液中，重晶石和岩屑的沉淀是引起钻井液窜槽的主要原因，很显然，较高的颗粒浓度时的钻井液的粘度增加，在固井顶替过程中很难被顶替出来。
此外，钻井液的流变性和井眼倾角也有一定的影响。
3、自由水运移。
减少泥浆的自由水以及阻止自由水运移，一直是提高注水泥质量的重要因素。
在水平井中，由于斜向或横向运移的路程短，自由水容易聚集在井壁上侧形成连续的水槽或水带，最终成为油气窜流的通道。
4、套管偏斜。
在斜井眼内，套管不能居中而影响岩屑携带及注水泥的顶替效率，通常以最小间隙比表式套管在环空的偏斜程度。
为了保证固井质量，最小间隙比应该在0.66以上，而在水平井中，往往达不到这个标准。
5、井眼弯曲。
套管柱由于井眼弯曲，套管柱将受到附加轴向力，这也是影响大斜度水平井注水泥质量的一个因素。
常规泥浆体系标准
4）聚合物无固相含砂量低时可直接用坂土浆和药剂转化成该体系，该体系有可通过磺化处理转化为聚磺体系。
5）每三天至少掏一循环池。
6）振动筛筛布40~60目，100%在钻进中使用，除砂器、清洁器在钻进中使用平均不低于60%，离心机不低于50%，间断使用。
7）注意检测配浆水的Ca2+,Mg2+CL-含量，以确定用纯碱，烧碱坂土配基浆的加量。
7、适应地层
1）泥岩、砂岩及页岩地层，含蒙脱石较高的地层，若微裂缝发育，地层极不稳定则增加SAS等防塌剂。
2）石灰岩夹页岩无油气水的地层、碳酸盐岩夹少量石膏和部分含盐不多盐岩地层。
3）能用≤1.30g/cm3密度平衡的上述低压油气地层。
4）超深井、高温井段，压力较低的油气层（能用密度为1.15g/cm3以内平衡）
5）需加重的上述地层，增加其他处理剂。
7、控制使用
1）纯盐岩层盐泥岩层溶解分散强时不能使用，应改为饱和盐水泥浆或油基泥浆。
2）泥岩夹盐层塑性流动大时，也需改为饱和盐水重泥浆或其他体系。
8、配制和维护要点
1）当泥浆需要提高粘度，加PAC-LV或CMC-HV等提粘剂时可加干粉处理，但速度应慢，每袋不能低于10分钟。
3）在沙漠或盐水地区钻井还应提前配浆用淡水计划。
三、聚磺体系
1、主要成分
坂土基浆中加入聚合物、磺化处理剂、活性剂配成。
2、主要材料
坂土、聚合物：PAC-HV、PAC-LV（低粘聚阴离子纤维素）、NaPAN等；磺化剂：SMP、SMC、SMT、SAS等。
3、主要材料加量：
1）基浆：清水+0.5%纯碱+8%坂土配成浆后予水化至少8小时备用，用时稀释成3~4%浓度。
顺南区块抗高温高性能水泥浆体系研究与应用
顺南区块位于塔克拉玛干沙漠腹地，属于超深、超高压、干气气藏，固井期间气层活跃、防气窜难度大，对水泥浆的抗高温防气窜要求高，为了实现长久有效密封，需要水泥浆具有高温防气窜性能优越，水泥环韧性好，水泥石渗透性低等特点。
防止井口带压。
因此研究出一套水泥浆高温防气窜性能好、水泥石力学性能优良的抗高温防气窜水泥浆体系，以满足顺南区块超深高压气井固井需求具有重要的意义。
一、固井难点1.深井高温顺南区块井深超过7000m，井底静止温度在180℃ 以上，循环温度在150℃以上。
高温情况下水泥浆性能稳定性差，失水增大，沉浆稳定性变差、稠化时间缩短、水泥石强度衰退、这些变化将影响固井质量和施工安全。
2.重叠段长顺南区块部分井身结构为Ф273.1mm挂Ф193.7mm尾管，重叠段设计长度超700m，水泥环薄，水泥环胶结质量和抗压能力都会受到影响，同时由于长重叠段的存在也会导致施工期间出现高泵压。
3.气层活跃该区块钻井期间油气显示活跃，防气窜难度大。
同时目前对裂缝性干气藏发生气窜的原因尚不明确，同时存在气窜和气液置换的可能；聚磺钻井液体系在高温下易发生虚拟饼增厚，影响水泥环第二交界面的发育，易形成微裂缝，留下气窜通道。
二、抗高温高性能水泥浆体系研究1.抗高温材料优选（1）抗高温防气窜剂优选①抗高温胶乳防气窜剂优选。
对于水泥颗粒空隙，纳米级聚合物胶乳能够进行有效封堵，并形成薄膜结构，以此来降低水泥浆失水量，防止气窜。
具体过程为：在水泥水化的过程中，胶乳聚合物加入水泥石结构组成，与水化产物相互渗透相互纠缠形成立体网状结构，改善水泥石力学性能，并降低水泥石渗透率；另外，乳液中含有的大量表面活性剂能够较好改善界面润湿性，提高界面胶结能力。
室内优选DC200胶乳防气窜剂，耐温可达200℃，通过胶乳的双键和网架结构以及与水泥中的Si、O、S形成氧桥、硫桥，聚结的高能量，使水泥浆具有优良的抗高温性，平均粒径为200nm，优选加量介于8%～12%之间。
固井防窜水泥浆体系在丘东气田的研究与应用.doc
固井防窜水泥浆体系在丘东气田的研究与应用作者：陈新忠樊文俊来源：《大陆桥视野·下》2013年第05期摘要气窜是丘东气井田井存在的一大技术难题，具有低压、低渗、个别井段易漏和固井后易气窜的明显特点。
为此开发了浅层气井固井防窜水泥浆，该水泥浆具有流动性好、失水量低、稠化时间合适、过渡时间短和早期强度高等优点。
针对水泥浆性能影响固井质量的原因分析，通过水泥浆体系和水泥石的室内试验与评价，优选出适合本区块的水泥浆体系，现场应用效果比较理想。
关键词低压低渗防窜水泥浆室内评价固井质量由于调整井长期受开发注水的影响，地下情况越来越复杂，在同一地层剖面上，地层存在很大的压力差异，并存着高压、常压、低压的多压力系统，固井溢漏、气窜情况时有发生。
虽然采取了多种配套工艺技术取得了一定成效，但也不尽如人意，试油窜流现象依然存在，给采油的稳产和增产措施带来不利影响，考虑防止溢漏的发生，从水泥浆的体系和密度着手，开展能使溢漏相互遏制达到平衡的水泥浆密度，同时又具有防窜功效的水泥浆研究具有重要的现实意义。
一、气窜原理的分析固井界默认的气侵原理：当水泥浆从液态向固态转变时，由胶凝强度的发展引起的。
因此，水泥浆失去传递液柱压力的能力时，气侵就发生了。
其他的气侵原理如：水泥浆失水量大、桥堵、渗透性大、环空微间隙等引起的。
依据气窜的途径不同研制出了各种不同的防气窜的方法。
但是，现场固井中综合运用这些方法可以有效地控制气窜的发生。
在选择防气窜的方法时，需要综合考虑地层压力，渗透率，气体上窜速度，井底温度，井深结构，井斜，水泥柱高度、地层破裂压力。
固井施工中的很多参数和水泥浆密度一样能够引起液柱压力失稳现象。
性能较差的泥浆和水泥浆使气体很容侵入到环空中。
水泥浆过早胶凝导致不能传递液柱压力，同时水泥浆的失水量大也为气体窜入水泥浆提供了机会。
水泥浆渗透率高引起封隔质量差，防气窜能力差。
水泥石收缩率高则导致水泥环孔隙率增加及环空微间隙增加，固井失败导致气体对水泥环的破坏，水泥胶结强度差引起第一、二界面胶结质量差。
固井水泥浆防气窜性能评价方法研究
摘要固井后水泥浆环空发生气窜是当前固井工艺技术存在的三大技术问题之一。
至今仍是国内外固井界未能很好解决的问题。
据估计，大约25%的完井过程中存在着气窜。
固井后环空发生气窜将损坏储层，影响油井自然产能，对油气田开发后续作业造成不利影响，即使采用挤水泥等补救工艺也很难奏效，严重时将导致油气井报废，浪费资源。
自上世纪60年代以来，国内外对固井后环空气窜机理、预测方法及防气窜技术方法进行了大量的系统研究，设想客观、准确评价水泥浆的防气窜能力，但还未能从根本上解决固井后环空气窜技术问题，因此气窜的有关成因及防窜措施值得进一步研究和探索。
本文试图分析油井水泥浆发生气窜的原因，进一步主要了解国内外固井水泥浆防气窜性能评价方法以及它的计算式，深入了解美国千德乐公司开发的5265型静胶凝强度分析仪的工作原理，通过此仪器的一个常规水泥浆试验案例来了解一般水泥浆体系的静胶凝强度发展规律，结果表明，温度、压力、稠化时间在水泥浆静胶凝强度的发展过程中的影响比较明显，而水泥浆的失水量和密度对于水泥浆静胶凝强度的发展的影响作用并不是非常的明显。
之后在实例数据的基础之上，利用数理统计的方法，建立了水泥浆静胶凝强度的计算模型，为了方便计算水泥浆静胶凝强度，并将其应用于气窜的预测，最后本文结合了水泥浆有效液柱压力计算方法和水泥浆气侵阻力计算方法，从决定气窜发生与否的压力平衡关系出发，设计了水泥浆静胶凝强度预测以及防气窜评价程序，为以后油气井防气窜工作提供科学的依据，从而提高油气田开发的经济效益。
关键词：气窜，静胶凝强度，水泥浆失重，评价方法，固井质量AbstractAfter cementing cement annulus gas channeling is one of the three major technical problems of current cementing technology,and this problem is still not well resolved at home and abroad .According to estimates, there are gas channeling in the completion process of about 25%. The annular gas channeling after cementing will damage the reservoir, influence natural productivity of oil wells; and adverse impact on oil and gas field development and subsequent operations; even if the use of cement squeeze, remedial process is also very difficult, which will lead to waste of resources ,even if abandon of oil well.Since 60's n last century, domestic and foreign do a lot of system study to the annular channeling of cementing mechanism, forecasting and preventing gas channeling techniques , How to evaluate the gas-channeling prevention performance of cement slurry objectively and accurately,it is still a question can not resolved perfectly for the cement industry at home and abroad , therefore the causes and channeling prevention measures is worthy of further study and exploration.This paper tries to analyze the reason of oil well cement slurry gas channeling, To further understand the cement slurry anti-gas channeling performance evaluation methods and its calculation method.Mainly from the conventional cement slurry static analysis method of gel experiment，The results show that the influence of temperature, pressure, the development process, the thickening time of static gel strength in cement slurry are obviously.The effect of cement slurry filtration rate and density effects on the development of static gel strength of cement slurry is not very obvious,Then on the basis of the experimental data, using the methods of mathematical statistics, established the calculation model of static gel strength of cement paste.In order to facilitate the calculation of cement slurry gel strength, it was applied to predict the gas channeling.This paper combines the cement slurry effective fluid column pressure calculation method and cement slurry gas cutting resistance, from the gas migration balance relationship of cement slurry, the static gel strength prediction and gas channeling evaluation procedure for oil and gas wells, gaschanneling prevention work provided scientific basis, so as to improve the development of oil and gas fields economic benefit.Key words：Gas channeling，Slurry Weight Loss，Static gel strength，Evaluation method，Cementing quality目录1 前言 (1)1.1 研究气窜的目的及意义 (1)1.2 气窜研究历程以及国内外研究进展 (1)1.3 国内固井水泥浆防气窜技术与国外的差距 (3)1.4 本文的主要工作 (4)1.5 本文的主要思想 (5)2 水泥浆防气窜性能评价方法 (6)2.1 气窜的途径 (6)2.2 气窜的机理分析 (6)2.3 防气窜性能评价方法 (9)2.3.1 平衡压力法 (9)2.3.2 气窜潜力系数法(GFP) (10)2.3.3 水泥浆性能系数法（SPN） (11)2.3.4 修正的水泥浆性能系数法(SPNx) (12)2.3.5 水泥浆性能响应系数法（SRN） (13)2.3.6 胶凝失水系数法（GELFL） (14)2.3.7 综合因子法(CCGM) (14)2.3.8 阻力系数法 (16)2.4 防气窜评价方法存在的问题 (17)2.5 本章小结 (18)3 水泥浆防气窜性能评价实验模型 (19)3.1 水泥浆静胶凝强度的概念 (19)3.2 水泥浆静胶凝强度理论 (20)3.3 静胶凝强度测量装置及原理 (20)3.3.1 静凝胶强度测量装置 (20)3.3.2 静凝胶强度测量装置工作原理 (22)3.4 实验模型案例 (22)3.4.1 常规水泥浆的配方 (23)3.4.2 温度对常规水泥浆体系静胶凝强度的影响 (23)3.4.3 压力对常规水泥浆体系静胶凝强度的影响 (24)3.4.4 稠化时间对常规水泥浆体系静胶凝强度的影响 (26)3.4.5 失水量对常规水泥浆体系静胶凝强度的影响 (27)3.4.6 密度对常规水泥浆体系静胶凝强度的影响 (29)3.5 本章小结 (31)4 水泥浆防气窜性能评价数值模型 (32)4.1 多元线性回归模型 (32)4.2 影响因素相关性评判方法 (33)4.3 影响因素综合分析案例 (35)4.3.1 常规水泥浆直线段的数据回归 (35)4.3.2 常规水泥浆曲线段的数据回归 (37)4.3.3 建立的静凝胶强度的的数值模型 (40)4.4 数值模型的验证 (41)4.5 本章小结 (42)5 设计气窜评价软件模型 (43)5.1 设计模型的功能简介 (43)5.2 设计模型的数值计算式 (43)5.2.1 评价气窜的力学平衡方程式及其导出式 (43)5.2.2 常规水泥浆静胶凝强度的数学模型 (45)5.3 设计模型的思路 (46)5.4 设计模型的使用说明 (46)5.4.1 输出结果分析 (46)5.4.2 气窜评价模型流程图 (47)5.4.3 界面设计 (48)5.5 本章小结 (50)6 结论及建议 (51)参考文献 (54)1前言1.1研究气窜的目的及意义固井后环空气窜是指在注水泥结束后,在水泥浆由液态转化为固态过程中,水泥浆难以保持对气层的压力或由于水泥浆窜槽等原因造成胶结质量不好,气层气体窜入水泥石基体,或进入水泥与套管或水泥与井壁之间的间隙中造成层间互窜甚至窜入井口。
环空气窜及控制技术
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注水泥后浆柱压力的变化
从图8．2明显地看出，
注水泥一旦结束，水
泥浆柱压力立即开始 降低，候凝 3h 左右， 浆柱压力降至钻井液 柱压力。随着水泥浆 凝固时间增长，浆柱 压力降低趋于平缓，
大，气窜不会出现。
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气侵危险时间的确定
气窜可能性参数“过渡时间”
过渡时间是指气侵最易发生的
时间，大约在水泥浆静止后10min-4h 内。当水泥浆的静胶凝强度足以 传递全部静液压力时，过渡时间开 始 ( 图中 a 点 ) ；当水泥浆的胶凝强度 足以阻止气体沿水泥柱窜入时 (b点 )， 过渡时间结束。ta和tb分别为48Pa和 240Pa 。在 ab 时间内，如水泥浆的
不同水泥浆返高，其失重速率是相同的，但失重压力却不相 同，水泥段越长失重压力越大；水泥段越短，失重压力越小。 因此，控制水泥浆返高对防止水泥浆失重和气窜是有好处的。
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影响水泥浆失重的因素
5．井内温度的增加和压力的影响
随着温度的增加，水泥浆的水化和胶凝作用加快，胶凝强 度急剧增加，造成压降速率的增大。由于水泥浆的可压缩性 极小，压力对水泥浆的胶凝及失重几乎没有什么影响。
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环空窜流的危害
注水泥后环空窜流带来的危害有以下几方面： (1) 窜流导致环空井口冒油冒气，使大量的油气散失，降低了油气产量； (2) 井厂不同压力系统在层间窜流，不仅降低了油气采收率，还影响了油 气田的合理开发； (3) 窜流降低了增产措施的效果，使油气产层得不到合理的开采；
水泥浆性能参数的解释
水泥浆性能参数的解释：
1、水灰比：指水和水泥的重量比。
2、水泥浆流动度：即水泥浆的扩散度。
3、水泥浆养护：水泥浆在凝结时所需的温度和压力。
4、水泥浆自由含水量：水泥在水压过程中，在标准容器内静止3小时
后浮面出现的自由水含量。
5、水泥浆渗失量：在一定温度，压力下用来描述水泥浆渗失量大小的
渗度。
6、水泥浆凝固时间：
（1）初凝时间：水泥浆从调配到终凝的时间。
（2）终凝时间：从终凝到凝固成水泥石的时间。
7、水泥石的渗透性：指水泥石阻止油气、水的渗透能力的特性。
泥浆阻力系数
泥浆阻力系数【实用版】目录1.泥浆阻力系数的定义2.泥浆阻力系数的计算方法3.泥浆阻力系数的影响因素4.泥浆阻力系数在钻井工程中的应用5.我国在泥浆阻力系数研究方面的发展正文一、泥浆阻力系数的定义泥浆阻力系数，又称为泥浆阻力因子，是指在钻井过程中，泥浆在钻井管道内流动时所受到的阻力与泥浆密度、黏度及流速的比值。
阻力系数是衡量泥浆在钻井过程中流动性能的重要参数，对于钻井工程的顺利进行具有重要意义。
二、泥浆阻力系数的计算方法泥浆阻力系数的计算方法有多种，常见的有阿基米德法、雷诺数法、弗诺法等。
这些计算方法分别适用于不同类型的泥浆和钻井条件。
在实际应用中，通常需要根据钻井现场的具体情况选择合适的计算方法。
1.阿基米德法：适用于低黏度和低密度的泥浆。
其计算公式为：K = 4.78 ×ρ^(1.85) ×μ^(0.25)，其中 K 为阻力系数，ρ为泥浆密度，μ为泥浆黏度。
2.雷诺数法：适用于高黏度和高密度的泥浆。
其计算公式为：K = 64/Re，其中K为阻力系数，Re为雷诺数，雷诺数是描述流体流动特性的无量纲数。
3.弗诺法：适用于各种类型的泥浆。
其计算公式为：K = 0.079 ×ρ^(1.85) ×μ^(0.25)，其中 K 为阻力系数，ρ为泥浆密度，μ为泥浆黏度。
三、泥浆阻力系数的影响因素泥浆阻力系数受多种因素影响，主要包括以下几个方面：1.泥浆密度：泥浆密度越大，阻力系数越大，泥浆的流动性能越差。
2.泥浆黏度：泥浆黏度越大，阻力系数越大，泥浆的流动性能越差。
3.流速：流速越大，阻力系数越大，泥浆的流动性能越差。
4.管道内径：管道内径越小，阻力系数越大，泥浆的流动性能越差。
5.钻井液温度：钻井液温度越高，阻力系数越大，泥浆的流动性能越差。
四、泥浆阻力系数在钻井工程中的应用在钻井工程中，泥浆阻力系数对于保证钻井液的流动性能、提高钻井效率和降低钻井成本具有重要作用。
兴9砾岩体储气库一次上返固井技术
兴9砾岩体储气库一次上返固井技术王秀影;刘明峰;王元庆;张宇;邱爱民【摘要】Cementing operations in the Xing-9 conglomerate gas storage are characterized by significant depths, long cementing intervals, low formation pressure-bearing capacities, active gas layers in upper parts of conglomerates, high demands for cement slurry and other difficulties.Under such circumstances, researches have been performed for comprehensive lost-circulation prevention techniques for optimization of cement slurry system, integral flushing and isolation system, together with slurry column structures.These technologies have been applied onsite.Research results show the newly-developed high-temperature pressure-bearing lost-circulation prevention system can effectively promote pressure-bearing capacities of low-pressure formations;The anti-channeling cement slurry system displayed outstanding anti-channeling performances, high compressive strength and relatively low elastic modulus;At the same time, low-density and high-strength cement slurry system characterized by low water loss, adjustable thickening time and high early strength can effectively satisfy demands for operations under differential temperature of 120 ℃.High-rate displacement processes and other supplementary technologies can enhance displacement efficiency and can ensure one-time up-return of long cementing intervals and effective isolation of capping formations.Satisfactory performances have been observed in on-site application.The newly-developed technologiesmay provide reliable technical support for construction of the Xing-9 gas storage in later stages.%针对兴9砾岩体储气库固井过程中存在的井深封固段长、地层承压能力低、砾岩体上部气层活跃、全井水泥浆性能要求高等难点,开展了复合堵漏工艺研究,对水泥浆体系、冲洗隔离一体化体系和浆柱结构进行了优化,并进行了现场应用.研究结果表明:高温承压堵漏体系能显著提高低压地层承压能力;防窜韧性水泥浆体系具有良好的防气窜性能、较高的抗压强度以及较低的弹性模量;低密高强水泥浆体系失水量小、稠化时间可调、早期强度高,能够满足120℃温差下施工需求.大排量注替工艺等配套措施的应用,提高了顶替效率,确保了长封固段一次上返和盖层有效封隔.现场应用效果良好,该技术为兴9储气库后续建设提供了技术支撑.【期刊名称】《特种油气藏》【年(卷),期】2017(024)001【总页数】4页(P153-156)【关键词】砾岩体储气库;复合堵漏;平衡压力固井;一次上返;兴9储气库【作者】王秀影;刘明峰;王元庆;张宇;邱爱民【作者单位】中国石油华北油田分公司,河北任丘 062552;中国石油华北油田分公司,河北任丘 062552;中国石油华北油田分公司,河北任丘 062552;中国石油华北油田分公司,河北任丘 062552;中国石油华北油田分公司,河北任丘 062552【正文语种】中文【中图分类】TE2570引言兴9储气库是由兴9气田改建而成，属枯竭型砾岩体储气库，目的层为沙三砾岩段，平均井深为4 010 m，井底温度为120～130℃。
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水泥浆性能系数（SPN）
水泥浆防气窜性能如何主要取决于水泥浆在顶替到位后，水泥浆由液态转化为固态过渡时间的长短以及水泥浆孔隙压力下降速率的大小。
其中，水泥浆由液态转化为固态过渡过程一方面可以用水泥浆静胶凝强度发展速率来描述，还可以用稠化过渡时间（稠度变化速率）来描述。
水泥浆孔隙压力下降的主要原因是水泥浆向地层失水，为此，水泥浆孔隙压力下降速率的大小可用水泥浆失水速率来描述。
因此，将水泥浆稠化过渡时间与水泥浆失水速率综合考虑为水泥浆性能系数（SPN），具体表达式为：
式中：
------水泥浆性能系数，无因次
------为水泥浆API失水量，ml。
，------分别为水泥浆稠度为 100BC 和 30BC 的时间，min
式中SPN值是评价水泥浆防气窜性能的参数，反映了水泥浆失水量及水泥浆凝固过程阻力变化系数对防气窜的影响。
SPN值一般评价标准：
SPN值为1~3时；防气窜效果好
SPN值为3~6时；防气窜效果中等
SPN值大于6时，防气窜效果差。