泡沫水泥浆固井技术

泡沫水泥浆固井技术

前言

油田常用的低密度水泥浆基本上可分为四类，即：

1、用搬土控制自由水的搬土水泥浆，密度可控制在1.45g/cm3以下，但是这种水泥浆体系水灰比较高、抗压强度低，在使用上受到限制。

2、添加火山灰、硬沥青等低密度添加物的低密度水泥浆。

3、添加强度高、较低密度的漂珠配制漂珠水泥浆。

4、添加发泡剂和稳定剂，并充入空气或氮气的泡沫水泥浆。

从水泥本身讲，用提高水灰比的办法使水泥浆密度降到1.26g/cm3是非常不成功的。

1978年以后开始使用了两种新型的超低密度水泥浆，两者都以气体作为低密度的添加物，其中之一是气体充填于硬的、耐压空心漂珠内，有些空心漂珠水泥浆的密度比清水还低。第二种是具有独特流变性能的泡沫水泥浆，这种剪切强度很高的水泥浆即使在很高的速度梯度下也可保持很好的流变性能，有利于提高水泥浆的顶替效率，这种新型材料的推广应用在地面建筑上已使用多年了。

一、泡沫水泥的基本性能

1、性能稳定

其气体能够均匀地分散在水泥浆中，不聚集，不上浮，形成的气泡保持相对稳定，满足固井要求。

2、抗压强度

泡沫水泥在不控制失水的条件下，抗压强度较高；加入降失水剂后，失水控制较好，但强度降低较大。

在水力压裂作业时泡沫水泥的抗压强度虽低，但并不增加水泥环裂缝出现和发展的危险。在套管试压和压裂作业时井内高压在水泥环处所产生的应力是拉应力，水泥环承受拉应力的能力主要取决于水泥机械性能（杨氏模量和波松比）及抗拉强度。水泥石的抗压强度作用很小。

3、导热性

水泥石的导热系数随水泥浆密度的降低而降低。泡沫水泥的隔热性优于常规水泥。

4、可塑性

泡沫水泥可塑性好，当套管承受压力时它可以变形，且不会像常规水泥那样出现破裂。

泡沫水泥的可塑性一般比普通水泥至少大一个数量级，而价格比纤维水泥要经济。

目前，泡沫水泥浆以其成本低、密度低、强度高、替浆泵压低、隔热性能好等优点日益受到人们的重视。

二、泡沫水泥的应用

泡沫水泥可以解决一系列钻井时发生的问题，其中包

括：

1、对于普遍存在着的裸井眼段较长，而且存在漏层的深井套管来说，使用等于或小于钻井泥浆密度的泡沫水泥浆一次注水泥，较双级或多级注水泥经济而有效。

2、泡沫水泥是一种很好的隔热材料，可作为热能保护层。因此用它封隔低温水层可以减缓油井蜡堵，在注热蒸热、火烧油层和地热井中其绝热能力平均为标准水泥的2～10倍。

3、用其它低密度水泥封隔不住的溶洞或低压高渗层，改用泡沫水泥可获得实效。

4、可作为天然气、空气钻井堵漏材料，以封隔气、水层，建立循环。

三、泡沫水泥的产生

泡沫水泥浆由产生泡沫的方式不同可分为两种类型：机械充气式泡沫水泥浆和化学充气泡沫水泥浆。机械充气就是利用地面辅助设备给水泥浆中充入气体产生细小气泡。用这种方法形成的泡沫水泥浆，施工工艺比较复杂，水泥浆密度不易控制，而且需要添加一些辅助设备，因而没有推广应用。

另一种是化学发气法。将发泡剂、稳泡剂等外加剂加入水泥浆中形成稳定的、细小而又相互独立的气泡。用这种方法制成的低密度水泥浆，密度可达到0.69g/cm3。密度0.84g/ cm3的泡沫水泥浆24h抗压强度可达到3.45MPa，渗透率小于

10-3μm2，而且施工方法简便易行，无需增加任何辅助设备。

石油天然气总公司工程技术研究院、中石化钻井研究所等单位研制了这种化学充气式泡沫水泥，研究出发气剂FCA 与FCB及稳泡剂FCF，产生的泡沫水泥浆气泡细致均匀，互不连通，水平达到国际先进水平。长庆油田在一百多口井上采用该项工艺技术（密度低于 1.0g/cm3），解决了长期以来低压低渗，易漏油气田的固井质量问题；目前滇黔桂、南阳、辽河、吐哈、胜利等油田进行了试验和推广应用；大庆油田现正在开展低密度高强度泡沫水泥的固井应用研究。

四、泡沫水泥的固井工艺

1、密度设计。要推算出泡沫水泥在井下的实际平均密度。

2、灰量计算方法。一般水泥的造浆率不同于泡沫水泥。

3、添加剂的混配。按一定比例干混。

4、控制好发泡剂的使用量。