泡沫水泥浆固井技术
最新精品论文-新型泡沫水泥浆的研究与应用
新型泡沫水泥浆的研究与应用摘要：由于泡沫水泥具有密度低、强度高防窜性能好等特点，多年来在国外得到了广泛的应用，它不仅适用于一般低压易漏地层，还适用于气层封固。
新型泡沫水泥浆的研制，旨在研究出一种氮气发气剂和稳泡剂以及与其相配套的水泥外加剂，使其其均匀地分散于水泥浆中而形成泡沫水泥浆。
本文记述了泡沫水泥的特点、制备方法、性能和固井工程设计，以及在长庆、南阳、辽河等油田的应用情况。
一、泡沫水泥的特点泡沫水泥的制备，通常采用物理充气(空气或N2)法和化学剂充气法。
泡沫水泥主要具有以下特点：1、密度低强度高泡沫水泥最突出的优点是密度低、强度高。
泡沫水泥之所以能在较低密度下仍能保持较高的抗压强度，主要是由于气体密度比其他减轻材料低得多。
实验表明，泡沫水泥密度最低可达0.42g/cm3。
当密度为1.0g/cm3时，其强度可达5Mpa以上，这是一般低密度水泥浆所不能达到的。
2、低失水对泡沫水泥而言，控制失水的添加剂与非充气水泥一样，但由于在泡沫水泥中，失水是在气泡周围进行的，液体离开浆体所需“走”的路径较长，失水就降低了。
3、适当的触变性由于泡沫水泥浆具有泡沫的特性，因此其具有一定的触变性。
4、防窜性好泡沫水泥浆在高压下可以变得几乎不可压缩。
这是由于真实气体的相对不可压缩性造成的，水泥浆开始稠化时，处于从液态向固态过渡，此时，可以部分地传递静液压力。
随着水泥水化的进行，静液压力随之减小，作用于地层的孔隙压力就会快速下降。
此时泡沫水泥浆中的气体可以有效地补偿孔隙压力的下降，从而压稳气层。
另外，由于泡沫水泥浆中含有稳泡剂，能够使侵入水泥浆体系中的气体乳化成微小的气泡稳定地存在于泡沫水泥中，与泡沫水泥形成一体，直至内外压力平衡。
二、室内研究泡沫水泥经过多年的研究和应用，不断发展和完善。
尤其是机械充气(N2或空气)法已在国外得到广泛应用，但是这种方法所需设备较多，工艺复杂，需要精心设计和计算机自动控制，难度和费用较高。
川东北地区泡沫钻井井壁稳定技术
川东北地区泡沫钻井井壁稳定技术川东北地区泡沫钻井井壁稳定技术的论文摘要：随着经济的快速发展，中国能源需求的增加，川东北地区的煤层气资源越来越受到瞩目。
钻井作为获取天然气的关键步骤之一，在川东北地区有着重要的地位。
但是，在泡沫钻井中，井壁稳定是一个十分棘手的问题。
本文将介绍川东北地区泡沫钻井井壁稳定技术，包括泡沫钻井原理、井壁稳定的影响因素、井壁稳定技术等方面进行探讨。
关键词：川东北地区，泡沫钻井，井壁稳定，影响因素，井壁稳定技术一、泡沫钻井原理泡沫钻井是指在钻井中通过泵送泡沫来清洗井孔的一种钻井方法。
泡沫是由清水和洗井剂泵送到高速搅拌器中，通过加入空气后，形成微泡和气体，这些泡沫微粒和气体混合在一起，向井底排出。
在此过程中，泡沫能够温和地清洗井眼，将冲刷出来的碎屑和岩屑悬浮在泡沫中，提高钻井效率。
二、井壁稳定的影响因素在泡沫钻井中，井壁稳定是一个重要的问题。
井壁稳定的好坏直接影响到泡沫钻井的成败。
井壁稳定的好处在于可以保护井眼，减少钻头损伤，降低钻井事故的发生;同时，也可以减少钻井液的消耗，降低成本。
井壁稳定的影响因素主要包括以下几个方面。
1.岩石类型和物理性质：不同类型的岩石在井壁稳定方面存在着差异。
比如，在泡沫钻井中，泡沫与石灰岩反应会降低泡沫的稳定性，导致井壁不稳定。
2.泡沫性质：泡沫的密度、粘度和流变性等性质都会影响井壁的稳定性。
如果泡沫密度太小，容易导致井壁塌陷;如果泡沫粘度太大，则不容易清洗井眼，影响钻井质量。
3.钻头运动状态：钻头在钻进的过程中会带动周围的地层直接参与到井壁稳定的过程中。
三、井壁稳定技术在泡沫钻井中，井壁稳定是一个十分重要的问题。
为了保证井壁稳定，需要采用一些技术手段来加以控制和处理。
1.增加泡沫浓度和稠度：通过提高泡沫浓度和稠度可以增加泡沫与土层或岩石之间的粘附力，增加井壁的稳定性。
但过高的泡沫浓度和粘度也会导致操作困难，增加成本。
2.使用聚合物材料：在泡沫中加入聚合物，可以提高泡沫的粘度和稠度，从而增加井壁的稳定性。
泡沫水泥浆固井技术在吐哈油田的研究与应用
收 稿 日期
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１ 泡 沫水 泥 浆 添 加 剂
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气 剂与 稳泡 剂的选 用 。同 时 ， 据 现场作 业要求 ， 根 水 泥浆 配方 中还应加 入缓 凝 剂 、 强 剂 等添加剂 。 增 因此 ， 型 泡 沫 水 泥 浆 的 体 系 为 ： 浆 ＋ 发 气 剂 ＋ 新 基 稳 泡 剂 一 缓 凝 剂 增 强 剂 。
关 键 词 泡 沫 水 泥 浆 固 井 添 加 剂 吐 哈 油 田
引 言
利 用化 学 剂 在 水 泥 浆 中 反 应生 成 氮气 （ ） Ｎ，
而 形 成 的 新 型 泡 沫 水 泥 浆 ， 其 它 低 密 度 水 泥 浆 同
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国内首创物理发泡水泥固井新工艺可行性报告
国内首创物理发泡水泥固井新工艺可行性报告精编资料项目可行性分析. 西安理工大学. 二〇〇六年十一月. 一、项目简介. 目前在我国油田固井工艺技术中所采用的水泥浆体系主要有:白土低密度水泥浆体系、粉煤灰低密度水泥 ...可行性―― 国内首创――物理发泡低密度(超低密度)水泥浆体固井新技术项目可行性分析西安理工大学二〇〇六年十一月一、项目简介目前在我国油田固井工艺技术中所采用的水泥浆体系主要有:白土低密度水泥浆体系、粉煤灰低密度水泥浆体系、玻璃漂珠低密度水泥浆体系、MTC低密度水泥浆体系，这些水泥浆体系在某些方面都有一定的局限性，例如施工较复杂，地面设备较多，成本较高。
33在1.60~1.40g/cm，要将密度降至1.30g/cm以下，都必须大量使用漂珠作为减轻剂，而漂珠价格随着市场大幅度涨价，使得水泥浆造价上升，而且货源比较紧张。
西安理工大学在引进国外水泥浆体高效发泡剂的基础上，研制开发了适用于油田固井用的粉煤灰超细玻珠复配轻集料及物理发泡制备低密度水泥浆体系，水泥浆密度可在31.60~1.20g/cm 调整，可用于天然气井和地层破裂压力较低的油井中，来替代目前使用的漂珠低密度水泥浆与化学发泡低密度水泥浆。
课题组与长庆固井公司技术人员经过技术论证，并针对固井工艺研制设计了发泡水泥车，通过在长庆庄74-25号、庄71-28号及董72-50号井位的固井应用，证明该技术工艺简捷可行，同时可使固井成本大大降低，可适用于封隔低压易漏地层、浅气层及长封段固井;在稠油开采的蒸气吞吐，永冻地层的开采等条件下，可发挥良好的保温隔热性能,同时提高井口温度使采油率提高10-15%。
目前此项技术引起国内油田固井专家极大的关注。
二、工艺技术及生产流程1、将浓缩F-6固井发泡液按工艺要求稀释后，放入制剂箱内均匀搅拌。
2、根据不同的固井水泥密度13(1.2~1.6g/cm)要求，在单位时间内向发泡系统提供所需F-6发泡液用量。
泡沫钻井施工方案(3篇)
一、前言泡沫钻井技术是一种新型的钻井技术，具有环保、节能、提高钻井效率等特点。
本方案旨在为泡沫钻井施工提供一套科学、合理、可行的施工方案，以确保钻井工程的安全、高效、环保。
二、工程概况1. 工程名称：XXX油田泡沫钻井工程2. 施工地点：XXX油田3. 施工时间：XXXX年XX月XX日至XXXX年XX月XX日4. 施工内容：泡沫钻井施工，包括泡沫制备、泡沫注入、钻井液循环、固井等。
三、施工方案1. 泡沫制备（1）泡沫原料：采用优质泡沫剂、稳定剂、抗剪切剂等原料，确保泡沫的稳定性和抗剪切性。
（2）泡沫制备设备：泡沫制备系统包括泡沫发生器、泡沫储存罐、泵送系统等。
（3）泡沫制备工艺：将泡沫原料按照一定比例混合，通过泡沫发生器产生泡沫，储存于泡沫储存罐中。
2. 泡沫注入（1）注入设备：泡沫注入设备包括泡沫注入泵、注入管线、注入阀等。
（2）注入工艺：将制备好的泡沫注入钻井液循环系统中，通过注入泵将泡沫与钻井液混合，形成泡沫钻井液。
3. 钻井液循环（1）循环系统：钻井液循环系统包括钻井液罐、循环泵、分离器、过滤器等。
（2）循环工艺：将泡沫钻井液从钻井液罐中抽出，通过循环泵送入钻柱，在井底进行循环，带走岩屑，同时将泡沫钻井液循环回钻井液罐。
（1）固井材料：采用优质水泥、外加剂等固井材料。
（2）固井工艺：在泡沫钻井液循环完成后，停止泡沫注入，将固井材料注入井筒，进行固井作业。
四、施工质量控制1. 泡沫制备质量：严格控制泡沫原料的质量，确保泡沫的稳定性和抗剪切性。
2. 泡沫注入质量：严格控制泡沫注入量，确保泡沫钻井液的性能满足施工要求。
3. 钻井液循环质量：严格控制钻井液循环过程中的温度、压力、流量等参数，确保钻井液的性能稳定。
4. 固井质量：严格控制固井材料的质量，确保固井效果。
五、安全环保措施1. 安全措施：严格执行国家有关钻井施工的安全规定，加强施工现场的安全管理，确保施工人员的人身安全。
2. 环保措施：严格控制施工过程中的废水、废气、固体废弃物的排放，采取有效的处理措施，确保施工对环境的影响降到最低。
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。
泡沫水泥固井技术在青海油田的应用
泡沫水泥固井技术在青海油田的应用王立辉;李元顺;沈勇;张永海;康世柱;秦保平【期刊名称】《青海石油》【年(卷),期】2003(021)002【摘要】针对青海花土沟油田、油砂山等油田低压油气井地层承压能力低。
固井时易发生叠失的特点。
固井时采用在漂珠水泥浆中加入FC或TW系列发气剂配制成的化学泡沫超低密度水泥浆．试验结果表明，化学泡沫超低密度水泥浆强度高、稠化时间易于控制。
并具有低污染和一定的堵漏性能，能使水泥浆井下密度降低至l-30-1．35g／cm3，井口密度降低至0．90～0．95g／cm2，提高低压易漏地层的封固质量。
降低对产层的污染．在青海油田2000～2002年的现场应用结果表明，泡沫固井技术在青海油田的应用已经成熟。
从应用范围、应用数量和泡沫固井质量都有明显的提高．固井质量达到原先的预想，表明该泡沫水泥浆较好地解决了青海油田浅、中层低压易漏失井的固井问题．化学泡沫超低密度水泥浆避免了固井补救措施造成的费用。
而且节约了大量的机械设备购置资金和维修费用。
具有较好的经济效益．【总页数】4页(P5-8)【作者】王立辉;李元顺;沈勇;张永海;康世柱;秦保平【作者单位】青海石油管理局井筒服务公司【正文语种】中文【中图分类】TE256.7【相关文献】1.煤层气泡沫水泥浆固井工艺技术及现场应用 [J], 王楚峰;王瑞和;杨焕强;周卫东2.泡沫水泥固井技术在沁南盆地煤层气开发中的研究应用 [J], 卢国军;王力;胡秋萍;邓志宇;王春东3.充气泡沫水泥浆固井技术在焦页9井的应用 [J], 肖京男;刘建;桑来玉;周仕明4.泡沫水泥浆固井技术在页岩气生产套管固井中应用研究 [J], 姜政华;陶谦;匡立新;甘新星;肖京男5.突破国外技术壁垒——中国石化泡沫水泥浆固井装备与技术研发应用纪实 [J], 周仕明(文/图)[1];肖京男(文/图)[1]因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
矿用固化泡沫密闭充填技术
矿用固化泡沫密闭充填技术
矿用固化泡沫密闭充填技术是一种将泡沫材料填充在矿井的空间中，利用化学反应和物理变化将其固化，并形成一种密闭的结构。
该技术被广泛应用于矿井支护和废弃矿井的治理。
矿用固化泡沫密闭充填技术主要分为四个步骤，即准备工作、泡沫发生、充填实施和固化硬化。
首先，需要对矿井的结构和支护情况进行评估和分析，确定填充材料的种类和充填方式。
其次，选用适当的发泡剂和固化剂，并在现场制备泡沫混合物。
然后，将泡沫混合物通过管道输送到矿井空间中进行充填。
最后，利用固化剂进行固化和硬化，形成密闭耐久的填充体。
整个过程需要严格控制充填压力和固化时间等参数。
矿用固化泡沫密闭充填技术的优点主要有以下几个方面。
首先，该技术可以有效地填补矿井的空间，提高矿井的综合利用率，减少废弃矿井对环境的影响。
其次，该技术具有较好的支护效果，可以减少煤矿事故和地质灾害的发生。
此外，该技术还有一定的保温和隔热效果，可以有效地降低矿井的温度和湿度，改善工作环境。
不过，矿用固化泡沫密闭充填技术也存在一些问题和挑战。
首先，现有的泡沫材料在高温、高湿等极端环境下容易发生质量损失，影响填充体的稳定性和密闭性。
其次，固化剂的选择和使用对填充体的性能和环境影响需要更加深入的研究和探索。
此外，填充体的质量和稳定性的监测和评估也需要加强。
总的来说，矿用固化泡沫密闭充填技术是一种有效的煤矿支护和废弃矿井治理技术。
未来应注重加强材料和固化剂的研究，提高填充体的性能和环境适应性，以更好地应对矿井环境和安全等方面的挑战。
泡沫水泥浆固井技术在草桥地区的应用
１ 概 况
乐安 油 田西 区位 于东 营 凹陷 南斜 坡 、草 桥 一 纯化 镇 断 鼻带 东 部 ，处 于 牛庄 、博 兴 和牛 头 镇洼 陷 的交 汇 处 ，南 与 乐 安油 田南 区相 邻 ，东 与 东区 草 ２ ０块 相 接 ， 为 一 个 自孔 店 组 到 明化 镇 组 早 期 的 继 承 性 断 鼻 构造 ，
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第 ３ ０卷 第 ４期 ２０ ０ ２年 ８ 月
石 油 钻 探 技 术 Ｐ ＥＴＲＯＩＥＵＭ ＤＲＩ ＩＩ Ｉ ＮＧ ＴＥＣＨＮＩ ＱＵ Ｅ Ｓ
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草 １－ １ 采 井室 内实验 结 果表 明 ，５ Ｃ 面 脱 ３７ 试 ０。 地
大 部 分稠 油 在油 层 条件 下 能 流人 井 筒 ，但 稠油 粘 度对 温 度 的变 化非 常 敏 感 ． 在举 升 至井 口的 过程 中 ， 由
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胜 利 油 田在 草 １ ３断块 ７口稠 油热 采 井使 用 了泡
沫 水 泥浆 固井 ， 固井合 格率 １ ０／。 １ ７口试 验井 Ｏ ５ 表 是 ９
收稿 日期 ：０ ２０ 一 ４ ２ ０ —２Ｏ 作 者 简 介 ： 小 兵 （ ９ ６ ） 男 ． 北 随 州 人 ．９ ０年 毕 业 于 江 王 １６ ． 湖 １９ 汉 石 油 学 院 钻 井 专 业 ， 供 职 于胜 利 油 田钻 井 院 设 计 所 ． 程 师 。 现 工 联 系 电 话 ：０ ４ ）７ ４ ７ （５６８９８ １
常 规水 泥浆 段 作 为导 浆 ，即给 泡 沫水 泥浆 戴 “ 帽子 ” ，
水平井固井方法
水平井固井方法
水平井固井方法指的是在建造水平井时采取的一种固井技术。
该方法主要是为了保证水平井壁的强度和稳定性，避免井壁塌方和漏水等问题的发生。
具体的固井方法有以下几种：
1. 钻进液固井方法：将水泥浆注入井孔中，靠压力使其固结。
2. 微泡水泥固井方法：在水泥浆中加入适量的微泡剂，使其形成泡沫状，提高其流动性和固结性。
3. 膨润土固井方法：将膨润土和水混合成浆状，注入井孔中，膨胀后固结。
4. 钢管固井方法：在井孔内安装钢管，并将水泥浆沿着钢管注入，形成固结层。
5. 增强管固井方法：在井孔内安装增强管，再将水泥浆注入管内，形成固结层。
水平井固井方法的选择取决于地质条件、井深、井壁稳定性等因素。
采用合适的固井方法可以有效地保证水平井的安全和稳定。
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泡沫水泥浆固井工艺在焦页1974HF井应用
工艺管控泡沫水泥浆固井工艺在焦页197-4HF井应用黄志安王冰冰（中石化华东石油工程有限公司江苏钻井公司，江苏扬州225261）摘要：泡沫水泥固井是将发泡剂、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。
从而降低水泥浆密度，解决低压易漏地层的固井漏失问题。
它具有密度低，强度高特点，是解决低压易漏地层固井及预防环空带压的一种行之有效的方法。
关健词：井漏；固井；泡沫水泥浆1基本情况1.1地层情况焦页197-4HF井位于重庆市南川区水江镇大顺村1组，构造位置：川东高陡褶皱带万县复向斜平桥背斜南部。
设计井深4934.56m。
1.2井身结构导管：Ф660.4×65.77m下入套管Ф473.1×65.77m；一开：Ф406.4mmx720m下入套管Ф339.7×719.07m；二开Ф311.2×2614m下入套管Ф244.5×2612m.1.3井径数据实测井径数据，720-2600m平均井径320.4mm，平均井径扩大率3%。
1.4复杂情况本井共发生21次漏失，其中失返性漏失14次。
且在2424m、2431.24m、2538.9m均发生失返性漏失，全井共漏失1773.84m3。
1.5承压情况该井在下套管前，用浓度22%的堵漏浆进行了全井承压。
配方：清水100m3+高效复合堵漏剂细5t+高效复合堵漏剂粗5t+随钻堵漏剂3t+核桃壳中粗3t+核桃壳细3t+超细碳酸钙2t+云母片2t+橡胶粒子2t承压结果：当量密度为1.53g/cm3。
2固井难点分析与措施2.1固井难点分析（1）封固段较长，井眼内岩屑难以循环干净。
（2）本井存在多处漏层，固井水泥浆密度大，静液柱压力高，漏失风险非常大。
（3）紊流顶替排量较大，施工排量难达到紊流顶替所需排量。
（4）斜井段岩屑不易清除干净，影响水泥胶结质量；套管柱在重力作用下不易居中。
（5）在固井过程中容易发生气侵。
（6）本井使用泡沫水泥浆体系，施工环节多，地面设备庞杂，压力高。
新型低密度微泡沫防漏修井液技术
新型低密度微泡沫防漏修井液技术新型低密度微泡沫防漏修井液技术的研究与应用随着油田开发的深入，钻井修井液技术的研究不断深入。
传统的漏失控制技术虽然成熟，但是仍然存在一些缺点，例如低效率、高成本、不可靠等。
近年来，新型低密度微泡沫防漏修井液技术的出现，为钻井修井液技术的研究与应用带来了新的突破。
新型低密度微泡沫防漏修井液，是在传统防漏技术的基础上，通过添加表面活性剂、泡沫剂等物质，使得钻井液中出现大量的微小气泡，从而形成一层均匀、稳定的泡沫层，可以有效地减少钻井液流失量，提高钻井效率。
同时，由于泡沫层的作用，可减轻泥浆对地层的侵蚀，从而保持井壁稳定，防止漏失发生。
因此，新型低密度微泡沫防漏修井液技术不仅具有高效率、成本低廉、可靠性高等优点，还保持了传统防漏技术的基本要素。
此外，在新型低密度微泡沫防漏修井液技术的研究过程中，对各种添加剂的筛选和比例的调整也是非常重要的。
例如，表面活性剂选择应考虑到其合适的亲水性、热稳定性、分散性和泡沫稳定性等因素；泡沫剂的选择则要使其具有良好的泡沫稳定性、泡沫性质和可分离性等特点。
通过对添加剂比例的优化调整，可以得到最佳的泡沫结构和稳定性，从而达到更好的防漏效果。
经过实验验证，新型低密度微泡沫防漏修井液技术在油田钻探修井作业中得到了广泛的应用。
以国内某油田为例，该技术在井深1000-3000米的区间使用，实现了控制漏失率小于0.1%的目标。
与传统技术相比，使用新型技术可以节约损耗的钻井液，减少环境污染，提高钻井效率，降低成本。
同时，在实际应用中，该技术还具有操作简单、安全可靠等优点，容易为工程人员接受。
综上所述，新型低密度微泡沫防漏修井液技术作为一种新兴的钻井修井液技术，在实际应用中具有广泛的优点和可行性。
在未来的研究工作中，可以从优化添加剂比例、控制泡沫稳定性、改进工艺流程等方面入手，进一步提高该技术的防漏效果和应用范围。
在新型低密度微泡沫防漏修井液技术的研究和应用过程中，还需要考虑加工生产流程的问题。
液氮泡沫水泥固井施工技术研究分析
液氮泡沫水泥固井施工技术研究分析作者：于万宝褚军杰崔江峰来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第03期摘要：在我国很多的油田开采区，其地质情况是较为复杂的，因此在进行钻井工作的开展过程中，也经常会遇到一些低压易渗透、漏失层以及浅表裂缝性的底层，极易引发井漏或者井涌的安全事故。
而通过相关研究表明，采用液氮泡沫水泥固井施工技术能够实现对于钻进中的各项问题的有效解决。
因此，本文主要对液氮泡沫水泥固井水工技术进行研究分析。
关键词：液氨泡沫；水泥固井；施工技术近些年来，国内外的油田在钻井的过程中也大量的应用了充气泡沫水泥浆实现了对于固井的施工及封堵工作，并获得了良好的施工效果。
但其当前还是不能从技术层面上对于根本性的问题进行有效解决，使得此固井施工技术还未得到广泛的应用。
这样的背景下，还需要对液氨泡沫水泥固井施工技术进行深入的研究。
1 施工工艺方法分析采用泡沫水泥固井施工技术时，首先要能够对于封固井段的地层温度及压力进行充分的考虑，在其进行确定后，对于气体的冲入时间及体积进行确定，保证其密度的合理性。
所以，在具体的固井施工工作开始以前，就要根据设计标准对于恰当的施工工艺进行选择。
特别是在应用液氮充气泡沫水泥固井施工技术时，其施工方法有以下两种：1.1 变排量注气在施工时，泡沫水泥的基浆排量是不会发生变化的，但其氮气（N2）的排量则会不断变化的。
在对水泥注入完成以后，其所形成的泡沫水泥浆柱的密度则有着一致性。
并且，在具体的施工过程中，充气速率也就是N2排量也是在不断加大的。
因为在实际的操作过程中其连续性的变化充气速率基本是行不通的，但每次能够增加较小的值，使得泡沫水泥浆柱密度更加的稳定。
此施工工艺的优势之处在于能够对于每一级注水泥进行合理的划分，并保证其泡沫水泥浆密度的稳定性。
但由于其操作具有一定的复杂型，且若N2含量很较低的泡沫水泥浆在到达井底后，就可能导致地层出现压裂的情况。
1.2 定排量注气在实际的施工过程中，泡沫水泥的基浆排量与排量基本不会发生变化，所以其封固井段中由上到下所又称的泡沫水泥浆的密度则有着一定的差异。
杭锦旗区块漂珠-氮气超低密度泡沫水泥固井技术
第46卷第3期 2018年5月石 油 钻 探技术PETROLEUM DRILLING TECHNIQUESVol. 46 No. 3May,20184钻井完井#doi：10. 11911/syztjs.2018049杭锦旗区块漂珠氮气超低密度泡沬水泥固井技术(1.中国石化石油工程技术研究院，北京100101%.中石化华北石油工程有限公司井下作业分公司，河南郑州450042)摘要：为解决杭錦旗区块固井井漏难题，实现水泥浆一次安全上返形成完整水泥环，提高固井质量和保证井筒的完整性，开展了漂珠-氮气超低密度泡沫水泥固井技术研究.在漂珠低密度水泥浆体系中充入氮气，并加入发泡剂和稳泡剂，形成了高压充氮气发泡工艺，设计了密度为1.15〜1.20kg/L的漂珠-氮气超低密度泡沫水泥浆；自主设计研发了机械注氮设备，配套了现场节流加回压装置，形成了超低密度泡沫水泥浆控压防漏固井技术"该固井技术在杭錦旗区块5 口井技术套管固井中进行了应用，水泥浆均一次性安全上返"其中JP H351井井下泡沫水泥浆平均密度为1. 15kg/L，封固段长2 800. 00 m，固井质量优良"研究与应用结果表明，漂珠-氮气超低密度泡沫水泥固井技术可以解决杭錦旗及类似区块低压井固井漏失难题"关键词：超低密度*包沫水泥；固井；杭錦旗区块中图分类号：TE256+. 1 文献标志码：A文章编号：1001-0890(2018)03-0034-05Ultra-Low Density Hollow Microspheres-Nitrogen FoamedCementing Technology in Block HangjinqiCHEN Lei1,YANG Hongqi1,XIAO Jingnan1,ZHOU Shiming1,CHU Yongtao1,W EI Zhao21Sino pec Research Institute o f Petroleum Engineering，B eijing$00101，China%. DownholeW ork-overBranch$SinopecHuabei Petroleum Engineering Co. $L td$Zhengzhou$Henan$450042 ,China') Abstract：Hollow microspheres-nitrogen foam cementing technology with ultra-low density could potentially solve the problem o f cementing leakage in Hangjinqi Block.It could also assure the one-trip safe return of cement slurry to form a complete cement sheath,and the improve the cementing quality and wellbore integrity.An ultra-low density hollow microspheres-nitrogen foamed slurry with a density of 1. 151.20 kg/L wad developed by charging nitrogen into the low-density hollow microspheres slurry system, and adding foaming agent and foam stabilizer to form a high-pressure nitrogen-charged foaming technique. The matching field choking and back pressure devices were combined with independently veloped mechanical nitrogen injection equipment.By doing so,the foamed cementing slurry technology with ultra-low density for pressure management and leakage control was established.The technology has been used to cement the technical casing in 5 wells in Hangjinqi Block,and in each,the slurry was safely returned one time.The average density of downhole hollow microspheres-nitrogen foamed slurry in Well JPH351 is 1. 15 kg/L$h e length of cemented section is 2 800.00 m,and both have excellent cementing quality.The successful development and application of ultra-low density hollow microspheres-nitrogen foamed cementing slurry technology has provided a new technical approach for addressing cementing leakage problem of low pressure wells in Hangjinqi Block and similar blocks.Key words：ultra-low density；foamed cem ent；well cementing；Hangjinqi Block陈雷S杨红歧、肖京男、周仕明、初永涛、魏剑2杭锦旗区块位于鄂尔多斯盆地伊盟北部隆起，天然气探明储量500 X108m3。
液氮泡沫水泥固井工艺及施工技术研究
131引言最近几年，国内外已经成功的应用充气泡沫水泥浆对固井进行施工或者是封堵。
这种做法在低压高渗透地层、漏失层、出水层、高温层的堵漏、固井施工方面获得理想的成果。
与此同时国内部分油田也开始尝试使用泡沫水泥浆实行固井施工。
即使这些操作在固井施工中获得理想的效果，但是仍旧无法从技术层面上解决必要的问题，导致该项固井施工技术没有获得有效的推广与应用。
基于此，在全国范围内使用实用钻井技术，研究分析其作为配套气泡沫水泥浆体系与相对应固井施工技术非常具有必要性。
1 泡沫水泥与应用在使用的时候就会发现，泡沫水泥是一种密度非常低的水泥，也就是在普通的水泥浆中混入或者促使其产生一定量的气体，同时加入表面活性剂，以此来稳定泡沫，促使泡沫能够均匀分布在水泥浆中，这样就能够有效降低水泥浆的密度。
泡沫水泥的基本特点主要表现出这么几项。
首先，发泡与稳定性[1]。
气体与水泥浆属于两种性质不相同且不相容的物质，但是泡沫水泥可以促使两者之间达到良好的相容状态，并且能够均匀的分散在水泥浆中，不会出现聚集、上浮，形成相对稳定的气泡，并且这种气泡可以满足固井的相应要求。
为更好地将气体分散到水泥浆中，针对不同的介质需要采用不同的方法，这样才能够促使气体均匀的分散在水泥浆中，其中主要包括机械、化学气体，在此过程中需要选用较好的发泡剂与稳泡剂，这样才能够保持稳定性。
其次，密度。
水泥浆密度指的是单位体积所含的水泥浆质量，水泥浆的质量通常是应用水泥浆的密度来进行测定。
现场水泥浆的密度要求是，在注水泥的时候需要保证境内压力的平衡，要求达到不井涌，不井漏，同时还需要兼顾凝固形成的水泥石其它相关的性能。
在纯水泥浆中添加一定种类与剂量的发泡和稳定剂，就能够有效改善水泥浆的界面的张力与液膜性能，这样就可以促使气泡细小均匀分布，保持相对稳定，不会发生聚集、上浮与溢出的情况，并且还能够形成具有高强度，达到涉及密度的泡沫水泥浆。
最后，抗压强度。
抗压强度是泡沫水泥一项非常关键的技术指标，主要是因为固井施工需要水泥达到一定的抗压强度才可以支撑套管、完成油井的下一步操作。
用于封固气层的泡沫水泥浆固井技术
用于封固气层的泡沫水泥浆固井技术本文主要以鄂尔多斯地区为例，笔者结合自身经验对泡沫水泥浆固井技术进行了验证，并得到该技术具有可操作性的结论，旨在可以和相关人士互相探讨，供以借鉴。
标签：泡沫水泥浆；固井；气层1 阐述鄂尔多斯的地质情况鄂尔多斯气田涵盖着气层短长。
无论对于山西组、太原组来说，还是就下古生界奥陶系而言都含有气层，总体长度在600m左右。
显然各个气层压力之间会存在较大的差异性，并且气层压力的密度通常保持在0.93～1.02g/m3的范围内。
针对太原组地层压力来说，最高的时候可以达到1.08g/m3。
不仅如此，气藏种类繁多，气层结构也比较复杂化。
例如砂层气、灰岩裂缝含气等。
其中气层和气层之间含有适量的水分，并有膏岩夹层，显然该地区的地质情况对水泥浆的顶替效率与水泥石的凝固都会带来一定的影响。
2 小议室内研究为了可以更好的克服固井后水泥浆出现的气窜问题，相关人员经过深思熟虑以后决定使用化学发气泡沫水泥浆封同气层。
2.1 防窜机理所谓防气窜泡沫水泥浆，实质上是相关人员通过化学发气剂发生反应以后得到相应的氮气，经过稳泡剂的不断作用下，久而久之就会衍生出一种性质稳定、气泡均匀分布的泡沫水泥浆。
该泡沫除了具有分布情况均匀、大小几乎相同的特点以外，还存在着相互独立的特性。
不仅如此，该水泥浆在特定的压强下能够保持原来的形态，为什么会出现这样的情况，这是因为真实气体有着不可压缩的特点，所以会产生这种现象。
关于防气窜泡沫水泥浆密度随压力变化的具体情况请看图1所示。
通常情况下，随着水泥水化速度的不断加快，静压压力也会发生显著的变化，作用于地层孔隙压力也会呈现出下降的趋势，这个时候我们就会看到该水泥浆中的气体能够妥善弥补孔隙压力的下降问题，进而起到稳定气层的作用。
总的来说，该水泥浆有着较多的优点，例如较强的弹性、可以压缩也可以膨胀，更好的促使水泥浆在进行凝结硬化的环节中可以始终保持稳定的孔隙压力。
不仅如此，因为该水泥浆里面会涵盖着适量的稳泡剂，尽管没有较大的发气量，也无法产生一定数量的气体压稳气层，进而呈现出气侵的状态。
突破国外技术壁垒——中国石化泡沫水泥浆固井装备与技术研发应用纪实
“核心技术、关键技术，化缘是化不来的，要靠自己拼搏”，这是4月24日下午，习近平总书记在三峡大坝考察调研时，对全国科学技术人员发出的指示。
“液氮泡沫水泥浆固井高压装备”在国内低压易漏井和页岩气区块应用获得成功，标志着中国石化石油工程技术研究院短短十年时间的攻关，即走完了国外40多年的研发历程。
零的突破背后，正验证了总书记的话——靠自己拼搏！3月27日，第十八届中国国际石油石化技术装备展览会在北京开幕，“液氮泡沫水泥浆固井自动化装备”，因其在低密度水泥浆固井领域独特技术创新和卓越的现场应用表现，拿下头名，荣获“展品创新金奖”。
这标志着中国石化石油工程技术研究院在低密度泡沫水泥浆固井装备领域的技术成果已跻身世界前列。
潜心科研，十年磨一剑国外油井泡沫水泥浆固井于1975年由美国Aldrich和Mitchell首次提出，在1979年将泡沫水泥应用在盐析溶洞中进行封堵应用。
哈里伯顿公司长期致力于泡沫注水泥装备与工艺研究，北美页岩气、墨西哥湾、深水等区块得到广泛应用，经过40多年的发展，国外石油巨头哈里伯顿、BP公司、美国NETL 实验室在泡沫水泥固井装备与技术方面发展成熟，形成装备与技术垄断，但是依然存在设备庞大、操作复杂、成本高等问题，如何实现泡沫固井小型化、自动化、低成本是未来发展的趋势。
国内油井泡沫水泥浆固井研究始于特别报道SPECIALREPORT591985年，主要针对化学泡沫水泥固井技术进行研究，最先在新疆油田取得了成功，随后相继在各个油田得以研究和发展，其中主要在低压易漏失地层、稠油开采井和防气窜井堵漏、固井施工等方面得到应用，但是化学发气方法发气量小，泡沫水泥浆密度降低有限。
同时，发气物质会影响泡沫水泥浆凝固时间。
2007年国内开始对物理泡沫水泥固井技术进行研究，但受限于液氮设备发展落后，未能解决低压泡沫混配均匀与密度实时控制技术难题，尚未有成型的泡沫水泥浆高压固井装备。
泡沫水泥浆具有低密度、高强度、低弹模等特点，可有效避免固井漏失与浅层气窜,有利于提高水泥环的密封完整性，低密度泡沫注水泥作业是固井领域发展趋势。
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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。