高密度固井水泥浆体系
固井水泥浆技术体系探讨
一
大， 能抵 挡 住 气 体 的窜 人 ； 抗 冲击 的韧 性 泥浆 的评 价 好， 冲击 功 要 比平 常 的水 泥 石提 高 百 分之 根 据 国 内一 些 深 层 气 油 井 对 水 泥 浆 ２ ０以 上 。 的性 能 的要 求 ， 在 室 内进行 了非 常多 的配 （ ２ ） 高温防气体窜外加剂的选择 方 的筛选 ＿ Ｔ作 ， 最终 确 定 了适 用 于深 层 气 根 据 国 内 国外 已经 有 的外 加 剂 的性 油井 的水 泥 浆 的最 佳配 方 ， 通 过 大量 的试 能、 使用 状 况 以及 深层 气 井 的钻 井 以及 完 验证 明筛选 的高温防气窜增 加韧性的水 井的特点、 环 空 气 窜 的 特征 ， 经 过 了大 量 泥浆 能有 效 的 防止 环空 气 窜 ， 能 够很 好 的 的 室 内试验 和 大量 的 分析 对 比 ， 考 虑采 用 保 证 气层 的封 闭质 量 。 丁 苯 胶乳 来 作 为 防气 窜 水 泥 浆 的 外 加 剂 ３深气 井 固井 的工艺 技术 是 比较合 适 的。这个 物质 是 由无数 的微 小 双极 注水 泥这 种 技 术 可 以 一 次性 的 的橡 胶粒 子 组成 的 ， 随 着水 泥 水 化 时温 度 长 封 固井 划 分 为 两 段 比较短 的封 固段 固 的 升高 ， 橡 胶 分 子 与水 分 子 、 水 泥 中 的 化 井 作业 ，比较 适用 于深 井 的封 固井 作 业 ， 学 物 质形 成 氢键 、 氧桥 、 以及 和硫 桥 ， 形 成 能 够 有 效 的 减 少 一 次 注水 泥 固井 的施 工 了 网架状 的 结构 ， 聚 集 了 比其 他类 型 水 泥 的难 度 ， 能 减低 环 空 液 柱 的压 力 ， 能够 有 外 加 剂更 高 的能 量 ， 抗 高温 这 个 性能 得 到 效 的减 少 固井 中发生 漏失 的可 能性 。 双极 了提 高 。橡 胶 分 子充 填 于水 泥 颗 粒之 间 ， 注 水 泥 的 方 法 可 以分 为 淹 没 试 的连 续 双 在 合 适 的压 差 作 用 下 汇 聚形 成 了 比较 致 极 注入 一剂 间 隔式 的双极 注水 泥 。 淹 没式 密 的硬橡胶块 ， 阻止 了水泥浆失水 ， 大大 连 续 双 极 注水 泥注 一 级 与 二 级 之 间是 没 降低了水泥石的渗透率 ， 增加了气体进入 有 隔膜 的 ， 这是 为 了避 免 二 级井 眼 钻井 液 水 泥石 时 的阻力 。 丁苯胶 乳 在水 泥水 化 的 的腐 蚀 ， 淹 没式 双 击注 入 水 泥在 固井是 一 时 候 会 产 生 絮状 的凝 结 物 在 水 泥 基 质 当 级水 泥 浆 的量 要尽 量 的少 附加 ， 同时一 定 中汇 聚在一 起 形成 了抑 制渗 透 的胶 乳 膜 ， 要 注入 定量 的缓 凝 前 导水 泥 浆 ， 用 来方 便 能够有效的防止气体侵入水泥浆柱 。 丁苯 打 开 双 极 箍 以后 水 泥 浆 能 够 顺 利 的返 出 胶 乳 水 泥 在 配置 之后 一 直 保 持 着 低 胶 凝 导地 面 ； 在 一级 冲 洗液 中加 入 一 定 量 的稀 的 强度 状态 ， 能够 充分 的传 递水 泥 浆 的液 释 剂 ，能 够 有 效 的 控 制 水 泥 浆 的污 染 程 柱压 力 ， 并 且能 随 着 时间 的 推移 以及 温度 度 ； 同 时还 配套 应用 了 内置 的隔 离 液 以及 的不断升高 ， 充 分 的 形 成 直 角胶 凝 ， 充 分 压胶 塞液 。 弥 补 了 因为 水 泥 浆 失 重 从 而 产 生 的 压 力 结语 的降低， 达到防气窜的目的。 １防 气 窜 的 增 加 韧 性 的 泥 浆 的 失 水 （ ３ ） 增 加韧 性 的材 料 的选 择 量低 ， 稠 化 过 度 的 时 间 比较 短 ， 失 重 的 时 为了能够更好的满足深气油井的 固 候基 质 的渗 透率 是 比较 低 的 ， 内 部 的阻 力 井要求 ， 在 除 了丁苯 胶 乳作 为 防 气窜 的外 较大 ， 防窜 行 能很好 。 加 剂 的情 况 下 ，依 据 超 混 复 合 材 料 的 原 ２水 泥石 的可 塑性 比较 高 、脆性 小 ， 理， 同时还 选用 了 Ｄ Ｚ Ｆ 一 １ 来 作 为增加 韧性 具 有 比较 强 的 的抗 冲击 韧 性 ， 减小 了井 下 的材 料 ， 用 来 减 少 在 射孔 、 压 裂 等 等 工 作 工作 是对 水泥 环 的损 坏 。 ３在 采 用 防气 窜增 加韧 性 的水 泥 浆 是 产 生 的冲 击载 荷 的作 用 下 ， 水 泥石 当中 的原 始 的细 微 裂 缝 的 迅 速 的增 大 与 应 力 以及 配套 的 固井 方案 的技术 ， 能 够保 证 水 的集 中 ， 防止 形成 大 的 裂纹 和 裂缝 从 而造 泥浆 在失 重 的情 况下 对 气 层 的压稳 ， 防 止 成气体的窜槽。 Ｄ Ｚ Ｆ — Ｉ 这种材料是一种用 环空气窜的发生 ， 解决了气井气窜这个难 低弹的矿物纤维作为主体 同时又加入 大 题 ， 具有 十分 宽广 的应用 前景 。 参 考文 献 量的不 同成分的纤维混合物 ， 具有 比较高 的抗拉 性 ， 能够 对 水 泥石 中的缺 陷的 裂痕 ［ １ ］ 钻 井手 册 （ 甲方） 上册【 Ｍ ］ ． 北 京： 石 油 工 １ ９ ９
油气井固井注水泥顶替的理论模型及应用分析
如何提升固井质量是面临的难题。
固井的过程是水泥浆驱替套管外部环形空间钻井
液，水泥浆充满环形空间后，凝固形成水泥墙，实现对
井壁的封固。在这个过程中，要达到好的固井效果，必
须保证水泥浆具有好的顶替效率，如果水泥浆顶替不
彻底，在凝固的过程中，受残余钻井液影响，会在封固
井段形成钻井液槽，影响了固井质量，使得容易出现窜
2021 年第 4 期
57
西部探矿工程
油气井固井注水泥顶替的理论模型及应用分析
张雅秋*
（大庆钻探工程公司钻技一公司固井设备修保厂，
黑龙江 大庆 163000）
摘
要：固井在油气井建设过程中起到承上启下的作用，
固井质量的好坏不仅对后续的施工作业造成影
响，
还影响油气井使用寿命，
必须予以重视。固井过程中注水泥的顶替效率是影响固井质量的重要环
有害固相含量更为敏感，因此在现场施工过程中，应适
钻井液的表观粘度变化幅度很大，说明高密度钻井液
当提高高密度油基钻井液的化验频率并制定更为详细
对固相含量的敏感度更大。
的钻井液性能调整方案。
表6
不同有害固相加量对油基钻井常规性能的影响
表观粘度（mPa·s）
有害固相
3
（%）
1.6g/cm3
2.0g/cm3
管外壁与井壁的环空中不同位置的水泥浆流速及流态
离子能够与水泥浆中的氢氧化钙反应，生成悬浮状的
差异较大，最宽处流体流速能够达到最窄处流速的几
胶体化合物，填充在颗粒的间隙，强化了水泥浆的空间
十倍，并且在最宽处的流体流态为紊流，最窄处流体流
结构，提升了水泥浆的防水渗能力。因此，为提升水泥
态为层流。由于流速和流态的差异，在注水泥时，距离
【CN109761547A】一种适合页岩气水平井大型分段压裂用的固井水泥浆体系【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910113067.9(22)申请日 2019.02.13(71)申请人 中石化石油工程技术服务有限公司地址 100029 北京市朝阳区惠新东街甲6号第12层申请人 中石化江汉石油工程有限公司 中石化江汉石油工程有限公司页岩气开采技术服务公司(72)发明人 张良万 彭小平 何吉标 刘俊君 屈勇 张家瑞 卞江 (74)专利代理机构 湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102代理人 朱宏伟 胡建平(51)Int.Cl.C04B 28/02(2006.01)C09K 8/493(2006.01)(54)发明名称一种适合页岩气水平井大型分段压裂用的固井水泥浆体系(57)摘要本发明涉及一种适合页岩气水平井大型分段压裂用的固井水泥浆体系，其包括以下重量份计的原料：油井水泥100份，淡水43-46份，弹韧剂2-4份，防窜剂1-2份，降失水剂1-3份，分散剂0.4-0.6份，膨胀剂1-1.5份，缓凝剂0.5-2.0份，消泡剂0.1-0.5份，所述弹韧剂为比表面积≥7m 2/g、体积压缩率≥5％的橡胶纤维或所述橡胶纤维与橡胶颗粒的混合物。
本发明所述固井水泥浆体系的稠化防窜性能、弹韧性等综合性能优异可在水泥环承受分段压裂交变载荷作用下有效实现水泥环与套管的同步变形，保证页岩气水平井在后期储层改造和试气生产作业过程中的井筒密封长期完整性，有效预防套管环空带压现象的出现，为页岩气水平井长期生产和大规模压裂提供有效保证。
权利要求书1页 说明书5页 附图3页CN 109761547 A 2019.05.17C N 109761547A权 利 要 求 书1/1页CN 109761547 A1.一种适合页岩气水平井大型分段压裂用的固井水泥浆体系，包括以下重量份计的原料：油井水泥100份，淡水43-46份，弹韧剂2-4份，防窜剂1-2份，降失水剂1-3份，分散剂0.4-0.6份，膨胀剂1-1.5份，缓凝剂0.5-2.0份，消泡剂0.1-0.5份；所述弹韧剂为比表面积≥7m2/g、体积压缩率≥5%的橡胶纤维或所述橡胶纤维与橡胶颗粒的混合物。
高温高压井固井设计原则
高温高压概念
哈里巴顿提出
温度：地层温度＞150℃（大于300℉）属于高 温度：地层温度＞150℃（大于300℉） 300℉ 温，地层温度＞180℃属于超高温； 地层温度＞180℃属于超高温； 属于超高温 压力：地层孔隙压力＞ 压力：地层孔隙压力＞69MPa(10000psi) 或地 层孔隙压力系数＞1.80为高压。 层孔隙压力系数＞1.80为高压。 为高压
水泥浆性能设计要求
失水实验。在失水实验中是在1000psi 7MPa)的压差进 1000psi（ 6. 失水实验。在失水实验中是在1000psi（7MPa)的压差进 行的。控制失水就是控制滤饼的渗透率。 行的。控制失水就是控制滤饼的渗透率。动态条件下的 失水量比静态的失水量高， 失水量比静态的失水量高，目前可在动态中测量失水 量。 在作业中控制失水的要求和程度是很关键的， 在作业中控制失水的要求和程度是很关键的，下面给出 了挤水泥失水量的具体要求， 了挤水泥失水量的具体要求，也适用于套管固井。
抗压强度实验。 5. 抗压强度实验。 恢复钻进、 恢复钻进、射孔等对于抗压强度的要求是非常重要 的。当井下循环温度大大地超过水泥柱顶部温度 水泥柱顶部强度的增长可能成问题。 时，水泥柱顶部强度的增长可能成问题。当固尾管 时常常发生这种现象。 时常常发生这种现象。在这种情况下还应该测量水 泥柱顶部抗压强度的增长。 泥柱顶部抗压强度的增长。
结合油田实际认定地层孔隙压力69mpa10000psi或地层孔隙压力系数180井底温度130bhct110都为高温高压地层孔隙压力破裂压力窗口窄钻井液密度安全窗口小井漏井身结构复杂小间隙固井工艺复杂水泥浆体系复杂水泥外加剂品种多气窜的潜在性121417121338395mm111mm高温高压深井固井设计的基本原则包含对如下问题的考虑1高温高压深井固井的难点分析2井底循环温度bhct的准确计算3高密度水泥浆的稳定性设计4提高技术套管固井质量问题大段多套岩盐层复合盐层固井关键技术的应用6提高深井固井成功率的有效措施7窄压力窗口易喷易漏井固井要求8深井尾管长水泥段温差过大如何固井的问题高温高压深井固井设计基本原则抗高温水泥浆设计注意配方性能水泥量
固井工艺技术介绍
DRI
固井可能带来的危害
涩北气田气层埋藏浅，分布井段长（408.0-1738.2m），层数多（54-79），气水界面复杂, 浅层气、浅层盐水活跃。台H6-1井、台6-7井，一开钻至800m下入表层套管固井后，候凝过
程中套管外地表窜出盐水和水溶气，被迫报废
台 H6-1 井 339.7mm 表 层 套 管 固 完井候凝时，北东方向约 250 米冒气水后目前情况 台 6-7 井 273mm 表层套管固 完井候凝时，地表窜出盐 水和水溶气
前 言
DRI
固井可能带来的危害
井喷——灾难性后果（墨西哥湾事故）
灌香肠、插旗杆——整井报废，单井段报废，经济损失巨大
挤毁套管——整井报废，单井段报废，经济损失巨大 油气水窜——单井段报废，降低开发效益
环空带压——开发隐患，增加作业成本、环境危害
超缓凝——延长作业时间、增加作业成本 返高不够——降低封固质量，增加补救作业成本 过早套损——单井报废，增加作业成本，降低开发效益
～100kN于悬挂处→憋压剪断球座销钉→开泵进行循环钻井液→
注前置液→注水泥浆→释放钻杆胶塞→替钻井液→钻杆塞与空 心耦合（耦合前降低替入排量） →碰压→放回压，检查浮箍是 否倒流→上提中心管，循环出多余的水泥浆→起钻候凝。
－24 －
钻井研究院
第一单元
固井工艺技术
DRI
尾管固井
－25 －
尾管悬挂器
专门研究如何用化学方法解决固井过程中遇到的问题。
具体地说，水泥浆化学就是通过研究水泥浆的组成和性 能，且予以科学地控制和调整，最终达到封隔地层、保 护储层和支撑套管的目的。
－32 －
钻井研究院
－23 －
钻井研究院
第一单元
高密度胶乳水泥浆体系在深井固井中的研究与应用
西部探 矿 工程
２ １ 年第 １ ０１ ０期
高 密度 胶 乳 水 泥 浆体 系在 深 井 固井 中 的研 究 与应 用
张 永 海 ， 田群 山 ， 杜 江 ， 宗璋 ，祁 文 明 ， 永 星 赵 马
（ 部钻探 国际钻 井公 司 ， 西 新疆 乌鲁木 齐 ８ ０ ０ ） ３ ０ ０
摘 要： 随着勘探开发事业的不断发展 ， 呈现钻 井井深越来越深、 地层压力越来越 高的现象， 因此 完井 时存在 泥浆 密度 高 、 化度 高、 矿 井底 温度 高 、 地层 安 全压 力 窗 口小等客观 条件 ， 井 固井对水 泥浆体 系 深 提 出 了更 高的要 求 。根据 高密度水 泥浆体 系的要 求 ， 国际钻 井 固井公 司对胶 乳体 系进 行调研 分析后 ，
＊ 收稿 日期 ：００ １—３ ２ １—２１ 第 一作者简介： 张永 海（ ９ ２）男 （ １ ６一 ， 汉族） 青海西宁人 ， ， 高级工程师 ， 现从事 钻井工程 管理工作 。
２ １ 年第 １ 期 ０１ Ｏ
西部探矿工程
７ ９
化产物连接在一起 ， 形成一种聚合物和水化产物互相渗 透、 复合的网状结构 ， 最终形成聚合物薄膜覆盖的凝胶。 由于胶 乳 在水 泥微 缝 隙 间形 成桥 接 并 抑 制 了缝 隙 的发 展从 而增 强 了水 泥 石 的弹 性 ， 高 了抗 冲击 性 能 ； 泥 提 水 石抗渗透率降低， 提高了抗底水腐蚀 的能力。胶乳水泥 浆中具有较多的表面活性剂 ， 降低 了界面张力 ， 提高界 面问的亲和力 ， 使界面胶结强度增加， 胶乳的胶束颗粒 填充在水泥颗粒之间 ， 胶乳水泥浆体 系具有较好 的塑 性 ， 以防止水泥水化时的体积收缩， 可 提供 良好 的界面 胶结 。室 内实验 中把 纯 水 泥 和胶 乳 水 泥 分别 在 不 同 的 温度下 养护 ２ｈ 然后 在万 能伺 服实验 机 上 同时测 定 抗 ４， 压强度及 弹性 模 量 ， 验 温度 ５ ℃ ～ ７ ℃ ， 乳 在 实 ０ Ｏ 胶 水 泥 中 的 掺 量 为 １ （ ０ 占水 泥 重 ） 结 果 如 表 ｌ所 ，
16-青海油田高温、高压小间隙固井技术
抗压强度 （MPa）
西部钻探青海钻井公司
3高密度水泥浆体系的研究
柴达木盆地的探井钻探过程中，经常会遇到高压水层，泥浆密度多 为2.0 g/cm3以上，因此，在柴达木盆地该类井的固井过程中，高温 降失水剂、加重材料的选择和应用对加重水泥浆体系有着重要的意义。 降低水灰比是一种最简单的方法，但其主要缺点是无法同时获得满意的 失水控制和流变性能，也难以保证不发生固相沉降。可配制的最大水泥 浆密度为2.16g/cm3。 添加加重剂是一种高密度材料：颗粒粒度分布应与水泥相容，太大易沉 淀，太小易增稠；用水量要少；在水泥水化过程中呈惰性，与其它外加 剂相容性好。我公司目前所用的加重材料有两种：重晶石（BaSO4） 和赤铁矿（Fe2O3）。
50
40
30
比表面积为2363cm2/g
20
比表面积为1253cm2/g
10
比表面积为576cm2/g
0
0 10 20 30 40 50 60 70
硅粉加量（％）
以南10井列，完井井深4100 米，下入Φ139.7mm的油层套管， 电测井底静止温度167.6度，循环 温度：120度，我们应用了抗高温 水泥浆体系，在水泥浆配方中加入 了中等比表面积、35%的石英砂， 其48小时强度为24MPa,完全满 足了该井的固井需要，固井质量优 质。
5)、在封堵4879.60～4899.00m井段时，由于地层漏失较大，造成两次封堵 失败。后来决定先采取高温堵漏剂堵漏，然后再注水泥塞封堵，经堵漏后成功。
西部钻探青海钻井公司
5应用实列
高温、高压小间隙打水泥塞技术应用
应对技术措施 6)、在施工精度控制上，因该井水泥浆量少，采用搅拌测试合格后入井的方式， 使用排量表、物理标尺、施工压力推算结合方式控制水泥浆入井方量。在顶替计 量上采用多点测量、排量校核、压力推算结合的方法控制计量精度。
固井水泥浆体系
固井水泥浆体系常规固井水泥浆体系中温超高温高温高抗盐固井水泥浆体系中高温高抗盐高温高抗盐固井水泥浆体系系•中温固井水泥浆体系适用温度范围≤120℃•高温固井水泥浆体系抗高温性能优秀，适用温度范围≤160℃•超高温固井水泥浆体系抗高温性能突出，是目前少有的可抗温度至200℃左右的水泥浆体系，适用温度范围＜200℃高水泥浆固井•既可用于常规密度一般条件下固井，也可用于低密度、高密度等特殊条件下复杂井的固井•具有优良水泥浆体系性能的可广泛使用的水泥浆体系•具有配伍性好、浆体各性能稳定、各种性能都很容易调节的优点，能够真正做到“低失水、低析水、高强度、浆体稳定、流变性能和稠化时间好调节”•解决了固井工程中常需要提高顶替效率、需要防止油气水窜、需要低密度或高密度固井、需要适当的触变性等问题20LM、减阻剂WD-30LM组成。
•高温体系由降失水剂WD-10LH 、缓凝剂WD-20LH、减阻剂WD-30LH组成。
•超高温体系由降失水剂WD-10LSH 、缓凝剂WD-20LSH、减阻剂WD-30LSH组成。
的各种需求。
•另外还有消泡剂WD-60L、隔离剂WD-100S、冲洗剂WD-110S等辅助固井制剂。
•中高温高抗盐体系适用温度范围≤130℃•高温高抗盐体系抗高温性能突出，是目前少有的可抗温度至200℃左右的抗盐水泥浆体系，适用温度范围＜200℃•既可用于常规密度一般条件下固井，也可用于低密度、高密度等特殊条件下复杂井的固井•解决深井和超深井及盐膏层固井对水泥浆提出的非常规要求•适应现代固井技术发展的一种全能型水泥浆外加剂体系•中高温高抗盐体系由降失水剂WD-11LM 、缓凝剂WD-21LM、减阻剂WD-31LM组成。
•高温高抗盐体系由降失水剂WD-11LH 、缓凝剂WD-21LH、减阻剂WD-31LH组成。
高抗盐固井水泥浆体系组成•防气窜剂WD-50S、浆体稳定剂WD-70S、早强剂WD-80S、增塑剂WD-90S等辅助性能调节剂，也同样适用于该体系，能满足现场固井对水泥浆提出的各种要求。
固井水泥添加剂.
0
0
0 0:00 1:00 2:00 3:00 Time (HH:MM) 4:00 5:00 6:00
150℃高温饱和盐水水泥浆稠化时间曲线
高抗盐固井水泥浆体系性能
120 ℃高温饱和盐水水泥浆体系性能
项 目 技术指标 ≤50 ＞60 ≤20 ≥14 ≤1.0 检测结果 31 309 18 21 0
1.80% 1.30% 1.00%
100~110°C 拐点明显
150
T ℃
谢谢！ Thanks！
抗盐能力强
3
API失水
4
游离液小
5
水泥石抗压 强度
40~200℃
半饱和、 饱和盐水
< 50ml
微量或零
>14MPa（24h）, 温差达60℃的顶部 强度依然较高
高抗盐固井水泥浆体系主要技术指标
6
流变性能和稠化时间
7
浆体稳定性较好
流变性能和稠化时间好调 节；缓凝剂加量线性关系较 好；曲线直角稠化性好
（一）高抗盐固井水泥浆体系组成
• 中高温高抗盐体系由降失水剂GT-11LM 、缓凝
剂GT-21LM、减阻剂GT-31LM组成。 • 高温高抗盐体系由降失水剂GT-11LH 、缓凝剂 GT-21LH、减阻剂GT-31LH组成。
高抗盐固井水泥浆体系组成
• 防气窜剂GT-50S、浆体稳定剂GT-70S、早强剂
高抗盐 固井水泥浆体系
• 该体系既适用于淡水水泥浆固井，也适用于半饱和盐水及 饱和盐水水泥浆固井，具有高抗盐能力
• 既可用于常规密度一般条件下固井，也可用于低密度、高 密度等特殊条件下复杂井的固井
• 解决深井和超深井及盐膏层固井对水泥浆提出的非常规要 求 • 适应现代固井技术发展的一种全能型水泥浆外加剂体系
水泥浆的性能及其提高固井质量措施
汇报人： 2024-01-08
目录
• 水泥浆的基本性能 • 水泥浆性能的影响因素 • 提高固井质量的方法和措施 • 固井质量评估与检测方法 • 案例分析
01
水泥浆的基本性能
密度
总结词
密度是水泥浆的重要性能之一，它决定了水泥浆的重量和稳定性。
详细描述
水泥浆的密度是指单位体积内所含有的水泥浆的质量。密度过小会导致水泥浆悬 浮力不足，容易造成井壁坍塌；密度过大则会使水泥浆变得过于稠厚，影响其流 变性。因此，选择合适密度的水泥浆对于提高固井质量至关重要。
电位法检测
总结词
通过测量水泥浆的电阻率来评估固井质量。
详细描述
电位法检测是通过测量水泥浆的电阻率来评 估固井质量的方法。如果电阻率高，说明固 井质量良好；反之，则说明固井质量存在问 题。该方法具有操作简便、快速、准确等优 点，广泛应用于固井质量检测。
放射性示踪法检测
总结词
通过测量放射性示踪剂在水泥浆中的扩散系数来评估固井质量。
04
固井质量评估与检测方法
声波检测法
总结词
通过声波在水泥浆中的传播速度和衰减 系数来评估固井质量。
VS
详细描述
声波检测法是一种无损检测方法，通过测 量声波在水泥浆中的传播速度和衰减系数 ，可以评估固井质量。如果声波在水泥浆 中传播速度高且衰减系数低，说明固井质 量良好；反之，则说明固井质量存在问题 。
3
结果
通过优化水泥浆体系和加入外加剂，该煤层气田 成功提高了固井质量，降低了煤层气开采中的泄 露风险。
THANKS
谢谢您的观看
结果
通过实施上述措施，该油田成功解 了固井质量问题，提高了固井合格率 和优质率。
水泥浆体系介绍
高分子聚合物
28
4.聚合物体系 配方性能
典型水泥浆配方
excellen t
100%“G”水泥+海水+5%AMPS降失水剂+0.5%CH211L+0.3%PC-X60L 性能
14
流动性良好、可调
3.聚乙烯醇体系 特 点
水泥浆体系适用于室温到110℃井况 API失水量可控制在50ml以内 有一定的抗盐能力，能用海水配浆 稠化时间可调，抗压强度高，沉降稳定性好
15
3.聚乙烯醇体系
通过与特殊的调凝剂搭配，可使
过渡时间小于10min。
Temperature ( 癈)
水平井、大斜度井固井。
8
2.低密高强体系
配方性能
典型配方
100g“G”水泥+80g海水+6gPC-G71L+25g漂珠 +26g增强剂+1gPC-F41L +1gPC-H21L+0.3gPC-X60L
性能
密度 (g/cm3) 1.50 温度 (℃) 60 稠化时间 （min） 155 流变仪读数 θ600/θ300/θ200/θ100/θ6/θ
聚合物降失水剂是以AMPS（2－丙烯酰胺基－2－甲基丙
烷磺酸）为主要单体的二元或多元共聚物材料。
加入具有特殊功能的外加剂可以配成具有相应功能的水
泥浆体系，以适应不同井况的固井需求。
25
4.聚合物体系 组 成
油井水泥：G级 降失水剂：PC-G80L、PC-G83L、PC-G84L等，加量3-7%（BWOC） 分散剂：PC-F41L、PC-F44L，加量0.3-2.5% 消泡剂：PC-X60L、PC-X61L，加量0.2-0.5% 配浆水：淡水或海水 根据对水泥浆性能的要求，可向水泥浆中加入可选材料： 缓凝剂：PC-H21L、PC-H32L、PC-H34L等 促凝剂：PC-A90L、PC-A93L 膨胀剂：PC-B10、PC-B40、PC-B60等 防气窜剂：PC-GS1、PC-GS2 外掺料：PC-P61、PC-C81L、PC-C82L等
防窜双凝高密度水泥浆体系研究与现场试验
243CPCI中国石油和化工石油工程技术防窜双凝高密度水泥浆体系研究与现场试验覃 毅1 孙泽秋2 贺鑫欣1 杨棋翔1 尹 璐1（1.中国石油集团渤海钻探工程有限公司第一固井分公司 河北任丘 062552；2.中国石化石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司 山东德州 253005）摘 要：水泥浆的性能是固井的关键，直接决定着一口井固井质量的好坏，水泥浆密度、稠化时间、强度、析水等一系列指标都改变水泥浆性能。
根据水泥外加剂的作用，经过室内研究，在水泥浆中加入降失水剂、分散剂、调凝剂、消泡剂等外加剂，优选出适合该区块固井的防油气水窜双凝双密度水泥浆体系。
在某生产油井固井现场试验，固井质量合格率100%，优质率98%以上，取得了良好的效果。
关键词：防窜水泥浆 高密度水泥浆体系 室内研究 现场试验水泥浆化验是固井成功与否的关键环节。
水泥浆各项性能须满足固井施工要求①水泥浆流动性，稠化时间达到安全施工时间，控制失水小于50ml ，析水接近零和抗压强度达到后续这个要求；②混拌后的水泥浆试验，保证与室内实验的一致。
在某区块复杂井水泥浆密度设计一般在上部地层较低，在下部地层较高，呈现的密度梯度直接影响着水泥浆的凝固时间，实际施工时，密度波动较大，难以保证水泥浆密度梯度的形成，不能实现压稳，从而造成固井质量不合格。
某区块井中油层、水层、油水同层多。
有些断块水层、油水同层多，有多达9-10层的，位置浅，能量比较大，严重影响水泥浆凝固质量。
根据固井实际需要，某区块井井深在2600m 到3500m 之间，选用防窜双凝高密度水泥浆体系，试验温度在75至85℃。
1 外加剂的选择水泥浆失水严重会造成产层污染，固井施工中，适当控制失水量十分重要，重要的方法是使用降失水剂。
水泥浆中加入降失水剂、调凝剂、膨胀剂、分散剂等，形成早强微膨胀油井水泥浆体系，具有良好的水泥石、析水小、自身补偿水泥石收缩等优良性能，并可根据现场情况对水泥浆进行针对性的调整，稠化时间满足施工要求。
河探1_井超高密度水泥浆控压注水泥塞技术
文章编号：1000 − 7393(2023)03 − 0284 − 05 DOI: 10.13639/j.odpt.202302011河探1井超高密度水泥浆控压注水泥塞技术党冬红1 徐文光2 杨杰1 和建勇1 费中明1 蒋世伟1 卢三杰11. 中国石油集团渤海钻探工程有限公司第一固井分公司；2. 中国石油集团渤海钻探工程有限公司华北事业部引用格式：党冬红，徐文光，杨杰，和建勇，费中明，蒋世伟，卢三杰. 河探1井超高密度水泥浆控压注水泥塞技术［J ］.石油钻采工艺，2023，45（3）：284-288.摘要：重点风险探井河探1井四开钻遇超高压油气层，二开Ø244.5 mm 套管抗内强度60 MPa ，关井能力不足，存在井控风险。
为保障本井Ø177.8 mm 套管回接固井的正常施工，通过室内实验开展加重材料及外加剂的优选，采用球形铁粉加重材料，配置出满足该井注水泥塞施工的密度2.60 g/cm 3水泥浆体系，在160 ℃、170 MPa 条件下，48 h 强度24.5 MPa ，168 h 强度28.1 MPa ，滤失量23 mL 。
现场采用批混批注的方式，结合精细控压技术，实现了注水泥塞全过程的压力平衡，顺利完成了该井注水泥塞施工，水泥塞质量合格。
应用结果表明，配置的2.60 g/cm 3超高密度水泥浆适用于类似的超高压固井施工，通过精细控压，可以解决钻井液密度不足以压稳地层、窄安全密度窗口固井时存在的压力波动问题，为后续同类井控压注水泥塞及控压固井积累了经验。
关键词：河套盆地；固井；水泥塞；超高密度水泥浆；精细控压；安全密度窗口中图分类号：TE256 文献标识码： APressure-controlled cement plug injection technology with ultra-high-densitycement slurry in well Hetan 1DANG Donghong 1, XU Wenguang 2, YANG Jie 1, HE Jianyong 1, FEI Zhongming 1, JIANG Shiwei 1, LU Sanjie 11. The First Cementing Company , CNPC Bohai Drilling Engineering Co., Ltd., Renqiu 062552, Hebei , China ;2. North China Division , CNPC Bohai Drilling Engineering Co., Ltd., Renqiu 062552, Hebei , ChinaCitation: DANG Donghong, XU Wenguang, YANG Jie, HE Jianyong, FEI Zhongming, JIANG Shiwei, LU Sanjie. Pressure-controlled cement plug injection technology with ultra-high-density cement slurry in well Hetan 1［J ］. Oil Drilling & Production Technology, 2023, 45(3): 284-288.Abstract: The key risk exploratory Well Hetan 1 encountered oil-gas layers with ultra-high pressure during drilling in the fourth section, while the internal strength of the Ø244.5 mm casing in the second section is 60 MPa, which is insufficient to shut in the well,posing well control risks. In order to ensure the normal construction of cement plugback with Ø177.8 mm casing in this well,weighting materials and admixtures were screened through indoor experiments. A cement slurry system with a density of 2.60 g/cm 3,suitable for cement plug injection construction in this well, was prepared by adding spherical iron powder as weighting material. Under conditions of 160 ℃ and 170 MPa, the strengths of the cement slurry system after 48 hours and 168 hours were 24.5 MPa and 28.1MPa, respectively, with a filtration loss of 23 mL. On-site construction was carried out using the batch mixing and batch injecting method, combined with precise pressure control technology, achieving pressure balance throughout the cement plug injection construction process. The cement plug injection construction in this well was successfully completed, and the quality of the cementplug met the standards. The application results show that the cement slurry system with an ultra-high density of 2.60 g/cm 3 is suitable基金项目: 中国石油天然气集团公司科研项目“复杂超深井固井密封完整性技术研究”(编号：2021DJ4105)。
固井简介
基 精 精 优
本 概 良 的 设 湛 的 技 质 的 产
况 备 术 品
固井公司简介
中国石油长城钻探工程有限公司固井公司位于辽宁省盘锦市兴隆台区，公 司基地占地面积10万平方米，工业厂房面积1.05万平方米，拥有CPT-Y4水泥车 为核心的各种固井专用活动、固定设备百余套，品种齐全的套管附件及下套管 作业工具注水泥工具等，总吞吐量2000吨的油井水泥贮存库2座，相配套的干 粉外加剂混拌装置；油井水泥检验中心配备有符合API标准的水泥、外加剂全 套检测仪器。是集固井技术研发、设计和现场服务于一体的专业化工程技术服 务公司，具有年设计和固井施工2000口以上的能力。形成了特点突出、国内一 流的特色固井技术。稠油热采井固井工艺技术、尾管碰压固井工艺技术、低压
7120型美国千德乐
Chandler失水仪是高温
高压失水仪，能模拟井
底条件对水泥浆进行稠
化时的失水性能检测。
4207型压力试验机
主要作用 按API标准对水泥石模 块进行抗压强度检测。
技术参数 装载速率： 500-10000 psi/min 最大装载： 50000 lbf 最大卸载速率： 40000Lbf/min 生产厂家和型号：Chandler4207D
超低密度高强水泥浆体系
针对辽河油田冷东、锦45、小龙湾等的低压 易漏区块及长封固段井的固井施工要求，研制 的水泥浆密度为1.10-1.30g/cm3的超低密度高 强水泥浆体系性能稳定， 流动性好，水泥石抗
压强度高，与外加剂配伍性好，能满足4000m以
下低压易漏区块及长封固段井的固井施工要求。
高密度水泥浆体系
高压油、气、水层、盐水层以及盐膏层、复合盐层等复杂地层，钻进过程中易 出现溶、塌、缩、卡等事故并由此而形成不规则井径，使水泥环与地层胶结不良， 局部高压气层又使压稳地层、防喷、防窜难度大。高密度水泥浆体系通过优选适宜 的水泥外加剂、加重材料来确保水泥浆体系良好的性能指标。水泥浆在8小时和24小 时的抗压强度、稳定性和收缩性明显优于常规水泥浆性能，而且水泥浆的流变性能
抗高温高密度水泥浆体系研究与应用
抗高温高密度水泥浆体系研究与应用摘要：油气田为获得高产油气井，目的层位愈发加深，对井深质量的要求越来越高，故在建井期间的固井作业至关重要。
深井固井面临高温、水泥浆密度高等难点，所以抗高温、高密度水泥浆体系的性能，直接影响油气井固井作业的成败，对日后的油气井产量有决定性影响。
本文对抗高温高密度水泥浆体系的室内研究以及现场固井应用进行全面论证，介绍了试验的操作方法、水泥浆体系关键材料以及试用性能评估等，希望能对油气井固井作业有所帮助，能够有效提升固井作业的质量和成效。
关键词：抗高温高密度水泥浆；水泥浆体系；技术应用引言：油气井固井作业中，为了获得质量性能优良的水泥浆体系，技术人员提前就抗高温（120-150℃）、高密度（2.20-2.40g/cm3）水泥浆体系进行室内研究，在此基础上开展现场固井作业试用。
在水泥浆体系的关键材料中，加重剂、抗高温降失水剂、抗高温缓凝剂以及抗高温防腐材料，都是极其重要的组成部分，希望通过室内研究和现场测试，能够得到质量性能都符合固井作业要求的水泥浆体系，为油气田的安全高效开采打好基础。
1.实验操作①依据国标油井水泥试验规定评估水泥浆性能，高温试验评价方法的参照物是国标油井水泥石抗高温测试规定；②先行对水泥石实施高温养护，放置于特定腐蚀条件下，达到要求时长后取出并剖开，依据酚酞遇到碱性发红的原理对腐蚀范围进行标定，借助游标卡尺对4处不红区域进行边界厚度测定，测算所得平均值就是水泥石达到的腐蚀深度。
测试水泥石常规养护条件下的抗压强度数据P0，以及腐蚀水泥石抗压强度数据P n。
2.水泥浆体系关键材料防腐水泥浆体系通常适用于高温高压地层，要完成体系构建，须取得水泥浆中的关键材料开展室内研究，得到水泥浆体系中所需的密度极高且耐高温固井材料。
2.1.加重剂深层油气井富含二氧化碳的，通常具有很高的地层压力，对水泥浆的密度要求很高。
现行固井做法中加重剂多以锰矿粉、重晶石以及铁矿粉为主，水泥浆性能因掺入不同加重剂而出现很大性能差异。
官深1井超高密度水泥浆固井技术
官 深 １井 超 高 密 度 水 泥 浆 固 井 技 术
姚 勇 ，尹 宗 国 ，焦 建 芳 ，郭广 平 ，洪少 青
（ 中 国 石化 西南 石 油 局 固井 公 司 ， 四 川德 阳 ６ １ ８ ０ ０ ０ ）
摘
要： 为解 决 异 常 高压 气 层 和 高 压 盐 水 层 固 井 的 实 际 困难 ， 采 用 新 型超 高 密 度 加 重材 料 、 超 细加 重 稳 定 剂 与
ｃ ｈ ａ ｎｎ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ， ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｎ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｓ ａ ｆ ｅ ｓ ｅ ｌ ｆ － ａ ｄ ａ ｐｔ ｉ ｖ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ａ ｎｄ ｄｅ ｎｓ ｉ ｔ ｙ ｃ ｈａ ｎｇ ｅ， ｗｉ ｔ ｈｏ ｕ ｔ ｕｌ
ｗｉ ｔ ｈ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ — ｈ ｉ ｇ ｈ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｗｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ， ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｆ ｉ ｎ ｅ ｗｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｄ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｚ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｆ ｉ ｌ ｌ ｅ ｒ ｓ ｂ ｙ ｇ ｒ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ． Ｉ ｔ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ ｇ ｏ ｏ ｄ ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ， ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ， ｈ ｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ， ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ｇ ａ ｎ ｔ ｉ —
ｔ ｒ ａ — ｒ ｅ ｔ ａ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｔ ｏ ｐ ． Ａｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ， ｆ ｕ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｍａ ｄ ｅ ｂ ｙ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｍｉ ｘ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｕ ｌ —
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
密度 4.1~4.4 4.8~5.2 4.4~4.5 4.8~4.9
细度
97%<75μ m 80%<45μ m 97%<75μ m 85%<45μ m 97%<75μ m 80%<45μ m
平均颗粒 粒度 5μ m
对水泥浆的影响
增加需水量较大， 增稠
增加需水量较小， 稍增稠
增加需水量较小
不增加需水量，无 沉降稳定问题，有
二、加重材料选择
1、加重剂应满足以下条件：
材料的颗粒粒度分布与水泥相容。 需水量少。 不影响水泥水化进程，与其它添加剂有
良好的相容性，同时对外加剂的吸附能 力弱。
2、几种加重材料性能特性比较
加重剂
外观
重晶石粉 赤铁矿粉 钛铁矿粉
白色 粉末 暗红色 粉末 黑色 细粒
棕红色 Micromax 粉末
一、概述
高孔隙压力、井壁不稳定和塑性流动地层 固井都需要高静水压力，要求利用高密度水泥 浆进行固井。提高水泥浆密度的简单方法是减 少水用量，但这种方法会带来很多问题和隐患， 其最高密度也只能达到2.16g/cm3；当要求更高的 水泥浆密度时，就需要加入高比重材料来提高 水泥浆密度。
为解决高密度水泥浆存在的问题，我院先 后研究开发了G60高密度水泥浆体系、SQ高密 度水泥浆体系和BXF高密度水泥浆体系。并成 功地应用于油田固井，取得了良好的社会和经 济效益。
0.5
D6 2.50
387
380
25.0
21.9
0.7
流动度 cm
18.5 18.5 19.0 19.5 19.0 19.5
上述数据表明：由G60-S、钛铁矿、硅粉、H88、CF40S配制的
高密度水泥浆，能有效地提高水泥浆密度，水泥浆各方面性能 满足固井施工要求。
③G60高密度水泥浆的应用
中国石油勘探研究院万庄分院采用G60-S 不渗透剂、GRO分散剂及G64中温缓凝剂，采 用重晶石粉为加重材料配制高密度水泥浆， 在青海地区一口总公司重点科探井（冷科1井） 中进行了施工。水泥浆设计密度达到2.40g/cm3， 稠化时间控制在6~7h，API失水量控制在50mL 以内。在实际施工中，水泥浆的最大密度为 2.35g/cm3，平均密度为2.30g/cm3，固井结果令 人满意。
技术特点：G60-S不渗透剂水泥浆体系水泥
浆流变性能好，具有降失水、防漏、防窜等 多种功能；G60-S油井水泥不渗透剂对水泥浆 具有一定的缓凝作用，对水泥石抗压强度发 展影响较小；适用温度范围55~155℃。
② G60高密度水泥浆性能
序 号
水泥浆 密度 g/cm3
BHCT 下 可泵时间 API
稠化时间 (稠度≤40Bc) 失水量
技术特点：SQ系列抗盐外加剂适用于盐膏层、碱层或
高压盐水井及一般生产井的固井。适用温度范围 40~120℃；API失水量≤250ml；游离液含量低；具有 良好的抗盐能力，抗盐量可达18%；具有良好的抗窜 能力和相容性；水泥浆具有良好的流变性能，过渡时 间短；可与API 各级水泥、硅石粉、重晶石、钛铁矿 等外掺料配制出适合固井要求的水泥浆。
min
min
ml
BHST 下 24h 抗压强度
MPa
游离பைடு நூலகம்含量 mL
D1 2.50
402
390
30.0
20.6
0.5
D2 2.50
384
370
36.0
22.7
0.3
D3 2.50
333
320
28.0
21.2
0.5
D4 2.50
400
390
32.0
20.8
0.5
D5 2.50
426
420
28.0
21.3
2、SQ水泥浆体系
①组成及特点
组成： SQ系列抗盐外加剂由SQ-2降失水剂、SQ-1增强
剂、J-RL缓凝剂组成； SQ-1掺量为2~3%（BWOC）， SQ-2 掺 量 为 1.5~3.3% （ BWOC ） ， J-RL 掺 量 为 0.2~1.5%（BWOC）； SQ-2可与水泥干混，亦可水溶， 但推荐干混使用；
成浆体材料离析，应保证良好的沉降稳定性；
游离液：高密度水泥浆游离液含量较高，水泥浆设
计时应尽量降低游离液含量；
高温环境：加入硅粉，需更多的加重材料，减少
了胶凝材料的用量，应关注水泥石早期及后期抗压 强度；
防窜性能：高密度水泥浆一般用于高压油气水层，
应考虑体系的防窜性能；
施工性能：高密度水泥浆一般流动性差，应考虑
此外，近年来根据颗粒堆积理论，还通过 采用粗颗粒水泥来提高水泥浆的密度。例如采 用H级水泥进行配浆，以提高水泥浆流动性能， 增加浆体中胶凝材料含量，提高水泥浆早期和 后期的抗压强度。
三、高密度水泥浆设计原则
降失水性能：高密度水泥浆的降失水性能一般要
求小于100mL；
沉降稳定性：高密度水泥浆密度差别较大，易造
② SQ水泥浆性能
密度 水泥 重晶石 水 2.19 100 150 84
SQ-2 2.5
SXY 1.0
J-RL 1.5
API 稠化 强度 失水 90℃ 119℃
84 400
2.19 100 150 84 2.5 1.0 0.7 80 189 11.0 2.19 100 150 84 2.5 1.0 1.2 90 225 10.0
③ SQ高密度水泥浆的应用
采用SQ降失水剂，使用重晶石作为 加重剂配制的高密度水泥浆体系在青 海油田冷七2井固井中使用，固井井深 3300m，采用双级固井。该井施工顺利， 测井结果表明，固井质量良好。
3、BXF-1高密度水泥浆体系
①组成及特点
组成：BXF-1降失水剂、BXR-1中温缓凝剂、BXR-2
适当减阻效果
可配制的水泥浆 密度 可达到
2.28g/cm3 可达到
2.60g/cm3 可达到
2.40g/cm3
估计可达到 2.80g/cm3
3、盐及粗颗粒水泥
除了以上非水溶固体材料外，还可通过加 入盐提高水泥浆的密度，但这一方法要求详细 考察所用盐对水泥浆性能的影响，以及对水泥 石胶结的长期影响。
配浆工艺。
四、高密度水泥浆配方和性能
我院近年来对高密度水泥浆体系进行 了研究开发，目前已投入现场使用的有：
G60高密度水泥浆体系 SQ高密度水泥浆体系 BXF高密度水泥浆体系
1、G60高密度水泥浆体系 ①组成及特点
组成：普通型或高温型G60 不渗透剂；缓凝
剂H88、J-RL、G64；分散剂CF40S、CF40L； G60-S掺量一般为1.5~2.5% (占水泥质量)，适 用于与水泥干混使用；