胶乳水泥浆性能影响因素

表 2 Ca2+、 Mg2+对水泥浆性能的影响
MgCl2 浓度 （%）
1.0
CaCl2 浓度 （%）
1.0
实验结果 （80℃、24h 常压养护）
水泥浆初稠增加约 30%，15 Bc 水泥 浆稠化前后无触变现象， 养护后水 泥石良好
水泥浆初稠增加约 40%，18 Bc 水泥
2.0
2.0
浆稠化后触变，养护后水泥石较好
第 9 卷第 1 期 2011 年 3 月
石油工程技术 PETROLEUM%ENGINEERING%&%TECHNOLOGY
Vol.9, No.1 Mar. 2011
王毅 高辉
（胜利石油管理局钻井工艺研究院， 山东东营， 257017）
在大斜度井、 水平井施工中使用胶乳水泥浆固井可以取得良好的效果， 但在受到外界不良因素的影响 时可导致固井作业失败。 通过室内实验， 分析了盐水、 钙/镁离子、 钻屑、 钻井液、 温度等因素对胶乳水泥浆性 能的影响。 结果表明， 盐水和钙、 镁离子超过一定浓度后水泥浆增稠， 钻井液、 钻屑可导致胶乳水泥浆污染。 固 井施工时应采用性能优良的隔离液， 并尽可能减少井底钻屑。
参考文献
速 技 术 方 法[J] 南 方 油 气 ，2006，19（1）：58-61
[3] 张正禄，杨海平 建深 1 井小井眼钻井技术[J] 江 汉 石
[1] 李 真 祥 通 南 巴 构 造 超 深 高 压 气 井 钻 井 作 业 的 难 点 及
油 科 技 ，2010，20（1）：30-33
对 策[J] 天 然 气 工 业 ，2003，23（2）：50-53
胶乳水泥浆 性能 影响因素 室内评价 固井质量
胶乳材料通常是很小的球状聚合物颗粒的乳状 悬浮液 [1]， 由其配制的胶乳水泥浆具有良好的防气 窜能力和胶结质量， 能降低水泥石的渗透率， 提高 水泥石的抗拉强度和弹性， 广泛应用于大斜度井、 水平井等高难度固井作业 [2]且效果良好。 水泥浆性 能主要受添加剂及水灰比的影响， 但外界因素的影 响也不容忽视 [3]， 以往的文献和工业界的现场施工 设计对此均没有加以考虑。 因此， 研究外界因素对 胶乳水泥浆性能的影响具有重要的意义。
[2] 王宗宝 ， 石 崇 平 浅 析 通 南 巴 地 区 深 井 钻 井 难 点 及 提
实验仪器与装置包括恒速搅拌器、 六速旋转黏 度计、 高温高压稠化仪、 压力机、 失水仪。
在固井施工中， 水泥浆中的游离液如果溶解过 量的盐， 水泥浆将受到一定程度的污染， 使之提前 或者延迟凝固。 当盐溶解量加大时， 稠化时间会过 度延迟， 进而导致水泥浆的早期强度过低。 因此， 有必要检验不同浓度的盐水对胶乳水泥浆性能的影 响， 实验结果见表 1。
40 20 20
00 0 00：17：41
01：17：41
02：17：41
03：17：41 时 间 （h:min:s）
04：17：41
05：17：41
06：17：41
图 3 135 ℃胶乳水泥浆稠化曲线 （377 min/100Bc）
（1） 胶乳水泥浆抗盐能力低， 不适合盐水浓度 超过 10%的固井作业。
表 4 被聚合物钻井液污染后的胶乳水泥浆强度变化情况
钻井液 加量 （%）
抗压强度 （MPa）
污染后 污染前
强度 损失 （%）
界面胶结强度 （MPa）
污染后 污染前
强度 损失 （%）
5
14.47 18.42 21.44 3.29 3.55 7.32
7
13.68 18.57 26.33 3.12 3.43 9.05
（2） 胶乳水泥浆遇 Ca2+、 Mg2+易增稠， 施工前 应对地层水或岩心的盐、 Ca2+、 Mg2+含量进行分析， 从配浆到施工， 水泥浆体系中外来 Ca2+、 Mg2+不得 超过 2%。
（3） 胶乳水泥浆抗钻井液污染能力低， 施工时 应使用隔离液， 避免其与钻井液接触。
第 9 卷第 1 期
王毅等： 胶乳水泥浆性能影响因素
·40·
石油工程技术
2011 年 3 月
由 表 中 可 以 看 出 ： 随 着 Ca2+、 Mg2+浓 度 的 增 加， 体系的初始稠度不断升高， 水泥浆稠化后胶乳 出现触变现象； 当 Ca2+、 Mg2+浓度达到 3.0%时， 胶 乳絮凝、 浆体失效。
在水平井钻井过程中， 水平井段常常会形成键 槽和椭圆形井眼， 岩屑易在该位置堆积形成岩屑 床， 造成井眼低侧水泥环窜槽问题。 实验通过模拟 碳酸盐岩屑、 泥质岩屑等对水泥浆的污染， 评价胶 乳水泥浆抗岩屑污染情况， 结果见表 3。
的 影 响[J] 西 南 石 油 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ），2008，30 （2）：116-118 [3] 何 世 明 ，刘 崇 建 ，邓 建 民 ，等 温 度 压 力 对 水 泥 浆 流 变 性 的 影 响 规 律 研 究[J] 石 油 钻 采 工 艺 ，1999，21（6）：712
·41·
（4） 与胶乳水泥施工配套的钻井液必须具有较 强的携砂能力， 尽量减少残留在井底的岩屑。
参考文献
[1] 许 明 标 ，彭 雷 ，张 春 阳 ，等 聚 合 物 胶 乳 水 泥 浆 的 流 体 阻 隔 性 能 研 究[J] 油 田 化 学 ，2009，26（1）：15-17
[2] 熊 生 春 ，何 英 ，徐 依 吉 ，等 苯 胶 乳 对 固 井 水 泥 石 性 能
7
5
稠度大，触变严重
SiO2 碎 屑 部 分 沉 降 于 水 泥 石
7
10 底 部 ，出 现 分 层 现 象 ，水 泥 石
强度略有下降
实 验 采 用 嘉 华 G 级 水 泥 ， 选 取 90 ℃ 、 110 ℃和 135 ℃ 3 个温度点， 结果见图 1～图 3。
从稠化曲线可以看出， 在 3 个温度下， 水泥浆 稠 化 线 性 较 好 ， 无 鼓 包 、 台 阶 现 象 ， 其 30～100 Bc 稠度过渡时间较短 ， 基本呈直角稠化 ， 说明 胶 乳水泥浆能抵抗 135 ℃的高温。
从表中可以看出， 在遭受钻井液污染后， 胶乳 水泥浆抗压强度大幅度降低， 界面胶结强度损失较 小， 不超过 10%。 说明钻井液加量低于 5%对胶乳 水泥浆界面胶结强度影响不大。
温 度 （℃） 压 力 （ＭＰa） 稠 度 （Ｂc）
200 100 100
160 80 80
120 60 60
80 40 40
由表中可见： 碳酸盐岩、 泥质岩碎屑使胶乳水 泥体系的稳定性降低， 出现分层现象； 水泥石的抗 压强度降低。
表 3 胶乳水泥浆体系受岩屑污染实验结果
胶乳 加量 （%）
CaCO3 加量 （%）
黏土 加量 （%）
7
10
SiO2 加量 （%）
实验结果
少量气泡、 少量胶乳外渗、 CaCO3 碎 屑 沉 降 于 水 泥 石 底 部，出现分层现象，水泥石强 度略有下降
200
100
100
温 度 （℃） 压 力 （ＭＰa） 稠 度 （Ｂc）
80
80
150
60
60
100
40
40
50
20
20
0
0
0
00：00
01：00
02：00
03：00
时 间 （h:min）
04：00
05：00
图 1 90 ℃胶乳水泥浆稠化曲线 （270 min/100Bc）
温 度 （℃） 压 力 （ＭＰa） 稠 度 （Ｂc）
编辑 刘声蓉
（Shengli Drilling Technology Research Institute, Dongying, Shandong, 257017）
% In% high% angle% well% and% horizontal% well% operations,% good% results% can% be% achieved% in% application% of% the% latex% cement% slurry% to% cement% the% well.% However,% when% affected% by% harmful% factors% outside,% failure% of% cementing% operation% will% be% caused.% Through% laboratory% experiments,% influences% of% salt% water,% calcium% (Ca)/magnesium% (Mg)% ions,% cuttings,% drilling% fluid,% temperature% and% other% factors% on% performance% of% the% latex% cement% slurry% are% analyzed.% The% results% show% that% when% salt% water% and% Ca/Mg% ions% exceed% a% certain% concentration,% thickness% of% the% cement% slurry% increases,% and% drilling% fluid% and% cuttings% will% lead% to% pollution% of% the% latex% cement% slurry.% In% operations,% the% spacer% liquid% with% excellent% properties% should% be% used% and% cuttings% on% the% hole% bottom% should% be% as% little% as% possible.%
从 表 中 可 以 看 出 ， 盐 水 浓 度 达 到 10%后 ， 体 系的稳定性变差， 水泥石出现收缩、 胶乳外渗现
在胶乳水泥浆体系中， 不仅需要检验 Ca2+、Mg2+ 对水泥浆及水泥石的影响， 而且需要分析两种离子 对胶乳体系的稳定性是否具有影响， 即胶乳水泥浆 体系的敏感性。 Ca2+、Mg2+对水泥浆性能的影响主要 通过稠度和流变性能加以研究， 实验结果见表 2。
象。 说明胶乳水泥浆不适合地层水或混浆水盐浓度 大于 10%的固井作业。
表 1 盐水对胶乳水泥浆性能影响实验结果
胶乳加量 （%）
盐水浓度 （%）
实验结果 （80℃、24h 常压养护）
7
5
胶乳少量外渗，水泥石收缩
7
10
胶乳大量外渗，水泥石收缩
7
15
胶乳大量外渗，水泥石收缩
实验材料包括胜维 G 级水泥、 胶乳 TJ-1、降失 水剂 BXF-200L （AF）、 消泡剂 D50、 NaCl、 CaCl2、 MgCl2 等。
200
100
100
80
80
150
60wk.baidu.com
60
100
40
40
50
20
20
△
0
0
0 00：00
01：00
02：00
03：00
04：00
时 间 （h:min）
05：00
06：00
07：00
图 2 110 ℃胶乳水泥浆稠化曲线 （383 min/100Bc）
绝大多数钻井液 （无论是水基还是油基） 与水 泥浆均不相容。 在固井施工中， 水泥浆受到钻井液 污染后， 流动性能降低、 黏度和动切力增加， 导致 固井时泵压升高， 甚至发生井漏或水泥浆顶替不到 指定位置， 影响固井作业的正常进行。 被钻井液污 染后的胶乳水泥浆体系抗压强度和界面胶结强度变 化情况见表 4。
水泥浆初稠增加约 50%，21 Bc 水泥
2.5
2.5
浆稠化后触变，养护后水泥石较好
当配浆水加入胶乳乳液时， 胶乳絮
3.0
3.0
凝，出现海绵状絮凝，实验无法继续
* 基金项目：国家重大专项课题《低渗油气田完井关键技术》的部分研究成果，课题编号 2008ZX05022-006。 收稿日期：2011-02-15 改回日期：2011-02-22 作者简介：王毅（1974—），女，2003 年毕业于中国石油大学油气井工程专业 ，硕士，在读博士，工程师，现从事石油完井工程技术研究工作 。 联系 电话：（0546）8771563，E-mail：wjswy2007@163.com，通讯地址：山东省东营市北一路 827 号钻井工艺研究院完井所。
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