最新油田化学第3章水泥浆化学幻灯片
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②诱导阶段：在这阶段，水泥的水化速率很低．但由于水 泥表面析出的水化物渐溶解(因它对水泥浆的水相未达到 饱和)，所以在这阶段后期，水化速率有所增加．
水泥的水化分为五个阶段：
③固化阶段：在这阶段，水化速率增加。水泥水化产生大 量的水化物，它们首先溶于水中，随后饱和析出，在水泥 颗粒间形成网络结构，使水泥浆固化。
螯合机理：缓凝剂可与通过螯合形成稳定的五元环和六 元环结构而影响水泥水化物饱和析出的速率。
●缓凝剂举例
(1) 硼酸及其盐
Biblioteka Baidu
●缓凝剂举例
(2) 膦酸及其盐
(3) 羟基羧酸及其盐
●缓凝剂举例
(4) 木质素磺酸盐及其改性产物
●缓凝剂举例
2、水泥浆的组成
（3）铝酸三钙3CaO·Al2O3（简称C3A）
含量少，水化速率高，强度增加速率低，最后强度低。
（4）铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3（简称C4AF）
含量少，水化速率高，强度增加速率低，最后强度低。
除了以上主要成份之外，还有石膏、碱金属的氧化物等。
2、水泥浆的组成
（6）水泥浆密度调整外掺料 加重剂：重晶石、赤铁粉等。可使水泥浆密度达到
2.3 g／cm3。 减轻剂：硅藻土、粘土粉、沥青粉、玻璃微珠、火
山灰等。可使水泥浆的密度降到1.45 g／m3。 （7）防漏失剂：沥青粒、纤维材料等。
第三章 水泥浆化学
第二节 水泥浆密度及其调整
前言
固井时，为使水泥浆能将井壁与套管间的钻 井液替换的彻底应要求水泥浆密度大于钻井液密 度，但又以不压漏地层为度。
2、水泥的水化反应
水泥的水化分为五个阶段：
①预诱导阶段：这阶段是在水与水泥混合后的几分钟时间 内。在这阶段，由于水泥为水润湿而开始水化反应，放出 大量的热(其中包括润湿热和反应热)。水化反应生成的水化 物在水泥颗粒表面附近形成饱和溶液并在表面析出，阻止 了水泥进一步水化，使水化迅速下降，进入诱导阶段．
B、C、D、E、、F、G、H、J九个级别 按我国石油行业（SY）标准分类，油井水泥根
据适应的地层温度分成45℃、75℃、95℃、和120℃ 四个级别。
3、水泥浆的外加剂与外掺料
若按用途，则可将水泥浆外加剂与外掺料合 在一起分成七类，即水泥浆促凝剂、水泥浆缓 凝剂、水泥浆减阻剂、水泥浆膨胀剂、水泥浆 降滤失剂、水泥浆密度调整外掺料、水泥浆防 漏外掺料。
水泥水化后的早期强度主要决定于硅酸三钙， 晚期强度则主要决定于硅酸三钙和硅酸二钙，而 铝酸三钙和铁铝酸四钙对早期强度和晚期强度的 影响都较小。 水泥石还含有石膏、碱金属、氧 化钙等。
2、水泥浆的组成
2、水泥浆的组成
油井水泥分类 按API(American Petroleum Institute)标准分类:A、
1、水泥浆稠化
（3）水泥浆稠化速率 用稠化时间表示。稠化时间是指水与水泥混合
后稠度达到100Bc所需的时间。 为使水泥浆顺利注入井壁与套管的环空，应要求
稠化时间等于注水泥浆施工时间（即从配水泥浆到 水泥浆上返至预定高度的时间）加上一小时。
2、水泥的水化反应
水泥浆稠化是由水泥水化引起的。水泥的主要成 分与水发生的水化反应为：
（1）促凝剂：氯化钙、硅酸钠、氯化钾等。 （2）缓凝剂：丹宁酸钠、酒石酸、硼酸、铁铬木质素
磺酸盐、羧甲基羟乙基纤维素等。 （3）减阻剂：—奈磺酸甲醛的缩合物、铁铬木质素
磺酸盐、木质素磺化钠等。 （4）膨胀剂（防气窜剂）：半水石膏、铝粉、氧化镁 （5）降滤失剂：羧甲基羟乙基纤维素、丙烯酸胺、粘
土等。
在高压油气层固井时，需在水泥浆中加入提高 水泥浆密度的外掺料。
（1）高密度固体粉末
（2）水溶性盐
第三章 水泥浆化学
第三节
水泥浆稠化及稠化时间的调整
1、水泥浆稠化
(1)水泥浆稠化 水与水泥混合后水泥浆逐渐变稠,水泥浆这种逐 渐变稠的现象称为水泥浆稠化。 (2)水泥浆稠度 水泥浆稠化的程度用稠度表示。水泥浆的稠度是 用稠化仪通过测定一定转速的叶片在水泥浆中所受 的阻力得到，单位为Bc。
④硬化阶段：在这阶段，水泥颗粒间的网络结构变得越来 越密，水泥石强度越来越大，因此渗透率越来越低，影响 未水化的水泥颗粒与水接触，水化速率越来越低。
⑤中止期：在这阶段，渗入水泥石的越来越少，直到不能渗 入，从而使水泥的水化中止，完成了水泥水化的全过程。
3、水泥浆稠化时间调整
（1）促凝剂：缩短水泥浆稠化时间的物质 ●促凝机理 压缩析出水化物表面的扩散双电层，使它在水泥
油田化学第3章水泥浆化学
前言
2、套管类型及其作用
（1）表层套管 封隔地表浅水层及浅部疏松
和复杂地层；安装井口、 悬挂 和支撑后续各层套管。 （2）生产套管（油层套管）
用以保护生产层，提供油气 生产通道。 （3）中间套管（技术套管）
用来封隔不同地层压力层系 或易漏、易塌、易卡等井下复杂 地层。
第一节 水泥浆功能与组成
1、降低水泥浆密度外掺料
（2）粉煤灰 粉煤灰是粉煤燃烧产生的空心颗粒，主要成分为
二氧化硅。粉煤灰固相密度（约2.1g·cm-3），比水泥 的固相密度低。
（3）膨胀珍珠岩 膨胀珍珠岩是通过珍珠岩高压熔融，然后迅速减 压、冷却所产生的多孔性固体。
2、提高水泥浆密度外掺料
能提高水泥浆密度的物质称为提高水泥浆密度 外掺料。
配水泥浆时，水与水泥的质量比称为水灰比。 水泥浆通常的水灰比在0.3~0.5范围，所配得水泥 浆密度则在1.8~1.9g·cm-3范围。
1、降低水泥浆密度外掺料
能降低水泥浆密度的物质称为降低水泥浆密度 外掺料。在低压油气层或易漏地层固井时，需在水 泥浆中加入降低水泥浆密度外掺料。
（1）粘土 粘土的固相密度（2.4~2.7g·cm-3）。低于水泥的 固相密度（3.1~3.2g·cm-3）。
颗粒间形成有高渗透性的网络结构，有利于水的渗入 和水化反应的进行而起促凝作用。（氯化钙）
●促凝剂举例 氯化物、碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐、铝酸盐、低分 子有机酸盐等。
3、水泥浆稠化时间调整
（2）缓凝剂 ：延长水泥浆稠化时间的物质 ●缓凝机理：
吸附机理： 缓凝剂吸附在水泥颗粒表面，阻碍与水接触。 也可吸附在饱和析出的水泥水化物表面，影响其在固化阶段 和硬化阶段形成网络结构的速率。
水泥的水化分为五个阶段：
③固化阶段：在这阶段，水化速率增加。水泥水化产生大 量的水化物，它们首先溶于水中，随后饱和析出，在水泥 颗粒间形成网络结构，使水泥浆固化。
螯合机理：缓凝剂可与通过螯合形成稳定的五元环和六 元环结构而影响水泥水化物饱和析出的速率。
●缓凝剂举例
(1) 硼酸及其盐
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●缓凝剂举例
(2) 膦酸及其盐
(3) 羟基羧酸及其盐
●缓凝剂举例
(4) 木质素磺酸盐及其改性产物
●缓凝剂举例
2、水泥浆的组成
（3）铝酸三钙3CaO·Al2O3（简称C3A）
含量少，水化速率高，强度增加速率低，最后强度低。
（4）铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3（简称C4AF）
含量少，水化速率高，强度增加速率低，最后强度低。
除了以上主要成份之外，还有石膏、碱金属的氧化物等。
2、水泥浆的组成
（6）水泥浆密度调整外掺料 加重剂：重晶石、赤铁粉等。可使水泥浆密度达到
2.3 g／cm3。 减轻剂：硅藻土、粘土粉、沥青粉、玻璃微珠、火
山灰等。可使水泥浆的密度降到1.45 g／m3。 （7）防漏失剂：沥青粒、纤维材料等。
第三章 水泥浆化学
第二节 水泥浆密度及其调整
前言
固井时，为使水泥浆能将井壁与套管间的钻 井液替换的彻底应要求水泥浆密度大于钻井液密 度，但又以不压漏地层为度。
2、水泥的水化反应
水泥的水化分为五个阶段：
①预诱导阶段：这阶段是在水与水泥混合后的几分钟时间 内。在这阶段，由于水泥为水润湿而开始水化反应，放出 大量的热(其中包括润湿热和反应热)。水化反应生成的水化 物在水泥颗粒表面附近形成饱和溶液并在表面析出，阻止 了水泥进一步水化，使水化迅速下降，进入诱导阶段．
B、C、D、E、、F、G、H、J九个级别 按我国石油行业（SY）标准分类，油井水泥根
据适应的地层温度分成45℃、75℃、95℃、和120℃ 四个级别。
3、水泥浆的外加剂与外掺料
若按用途，则可将水泥浆外加剂与外掺料合 在一起分成七类，即水泥浆促凝剂、水泥浆缓 凝剂、水泥浆减阻剂、水泥浆膨胀剂、水泥浆 降滤失剂、水泥浆密度调整外掺料、水泥浆防 漏外掺料。
水泥水化后的早期强度主要决定于硅酸三钙， 晚期强度则主要决定于硅酸三钙和硅酸二钙，而 铝酸三钙和铁铝酸四钙对早期强度和晚期强度的 影响都较小。 水泥石还含有石膏、碱金属、氧 化钙等。
2、水泥浆的组成
2、水泥浆的组成
油井水泥分类 按API(American Petroleum Institute)标准分类:A、
1、水泥浆稠化
（3）水泥浆稠化速率 用稠化时间表示。稠化时间是指水与水泥混合
后稠度达到100Bc所需的时间。 为使水泥浆顺利注入井壁与套管的环空，应要求
稠化时间等于注水泥浆施工时间（即从配水泥浆到 水泥浆上返至预定高度的时间）加上一小时。
2、水泥的水化反应
水泥浆稠化是由水泥水化引起的。水泥的主要成 分与水发生的水化反应为：
（1）促凝剂：氯化钙、硅酸钠、氯化钾等。 （2）缓凝剂：丹宁酸钠、酒石酸、硼酸、铁铬木质素
磺酸盐、羧甲基羟乙基纤维素等。 （3）减阻剂：—奈磺酸甲醛的缩合物、铁铬木质素
磺酸盐、木质素磺化钠等。 （4）膨胀剂（防气窜剂）：半水石膏、铝粉、氧化镁 （5）降滤失剂：羧甲基羟乙基纤维素、丙烯酸胺、粘
土等。
在高压油气层固井时，需在水泥浆中加入提高 水泥浆密度的外掺料。
（1）高密度固体粉末
（2）水溶性盐
第三章 水泥浆化学
第三节
水泥浆稠化及稠化时间的调整
1、水泥浆稠化
(1)水泥浆稠化 水与水泥混合后水泥浆逐渐变稠,水泥浆这种逐 渐变稠的现象称为水泥浆稠化。 (2)水泥浆稠度 水泥浆稠化的程度用稠度表示。水泥浆的稠度是 用稠化仪通过测定一定转速的叶片在水泥浆中所受 的阻力得到，单位为Bc。
④硬化阶段：在这阶段，水泥颗粒间的网络结构变得越来 越密，水泥石强度越来越大，因此渗透率越来越低，影响 未水化的水泥颗粒与水接触，水化速率越来越低。
⑤中止期：在这阶段，渗入水泥石的越来越少，直到不能渗 入，从而使水泥的水化中止，完成了水泥水化的全过程。
3、水泥浆稠化时间调整
（1）促凝剂：缩短水泥浆稠化时间的物质 ●促凝机理 压缩析出水化物表面的扩散双电层，使它在水泥
油田化学第3章水泥浆化学
前言
2、套管类型及其作用
（1）表层套管 封隔地表浅水层及浅部疏松
和复杂地层；安装井口、 悬挂 和支撑后续各层套管。 （2）生产套管（油层套管）
用以保护生产层，提供油气 生产通道。 （3）中间套管（技术套管）
用来封隔不同地层压力层系 或易漏、易塌、易卡等井下复杂 地层。
第一节 水泥浆功能与组成
1、降低水泥浆密度外掺料
（2）粉煤灰 粉煤灰是粉煤燃烧产生的空心颗粒，主要成分为
二氧化硅。粉煤灰固相密度（约2.1g·cm-3），比水泥 的固相密度低。
（3）膨胀珍珠岩 膨胀珍珠岩是通过珍珠岩高压熔融，然后迅速减 压、冷却所产生的多孔性固体。
2、提高水泥浆密度外掺料
能提高水泥浆密度的物质称为提高水泥浆密度 外掺料。
配水泥浆时，水与水泥的质量比称为水灰比。 水泥浆通常的水灰比在0.3~0.5范围，所配得水泥 浆密度则在1.8~1.9g·cm-3范围。
1、降低水泥浆密度外掺料
能降低水泥浆密度的物质称为降低水泥浆密度 外掺料。在低压油气层或易漏地层固井时，需在水 泥浆中加入降低水泥浆密度外掺料。
（1）粘土 粘土的固相密度（2.4~2.7g·cm-3）。低于水泥的 固相密度（3.1~3.2g·cm-3）。
颗粒间形成有高渗透性的网络结构，有利于水的渗入 和水化反应的进行而起促凝作用。（氯化钙）
●促凝剂举例 氯化物、碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐、铝酸盐、低分 子有机酸盐等。
3、水泥浆稠化时间调整
（2）缓凝剂 ：延长水泥浆稠化时间的物质 ●缓凝机理：
吸附机理： 缓凝剂吸附在水泥颗粒表面，阻碍与水接触。 也可吸附在饱和析出的水泥水化物表面，影响其在固化阶段 和硬化阶段形成网络结构的速率。