3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
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3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
新型低密度水泥浆
漂珠低密度水泥浆 3M中空玻璃微球低密度水泥浆
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
新型高性能低密度水泥浆
紧密堆积理论
•
水泥浆中的水可分为两部分，一部分水用于润湿水泥颗粒表面，形成水膜，
并参与水泥的水化，称之为“水化水”，另一部分水充填在水泥颗粒之间的
空隙，称之为“充填水”。
小分布，就能改变固相的堆积体积分数，从而增加抗压强度和降低孔隙度和
渗透率。
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
新型高性能低密度水泥浆
漂珠
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
G级水泥 微硅和超细水泥
新型高性能低密度水泥浆
根据紧密堆积理论，在组成水泥浆固相中应该有3种或三种以上尺寸的颗粒，
国
的具有高强度抗压缩的空心玻璃微珠，可将水泥浆密度
外
发
降低至0.98g/cm3，其抗压强度可与正常密度的水泥浆
展 历
相当，渗透率比正常密度的水泥石低十倍，并进行了成
程
功应用。
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
低密度水泥浆发展历程
80 年代以来，克拉玛依油田的低压浅层易漏油气井， 辽河油田的低压稠油热采井及中原油田的中深易漏油气 井中使用了漂珠水泥浆固井，但水泥浆强度较低。
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
常用低密度水泥浆的适用范围
几种常用低密度水泥浆的极限密度
2
1.6 1.5
1.55
1.5
1.38
1
0.72
0.5
0
膨闰土
粉煤灰
硅藻土
漂珠
泡沫
几种常用低密度水泥浆的极限密度
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
常用低密度水泥浆的问题
低密度水泥由于外掺料的大量掺入，致使水泥浆密度的降低和水泥浆性能发 生矛盾，突出表现在以下几方面： 水泥浆体系稳定性差，体系分层离析； 水泥浆失水量难以控制； 泥浆流变性差，泵送困难； 水泥石强度发展慢，强度低，水泥浆石渗透性高，易引起腐蚀性介质的腐蚀， 尤其是水泥浆密度低于1.10g/cm3时； 泡沫水泥浆和漂珠水泥浆等随着压力增大，泡沫和漂珠易破碎，密度增加很 快，所以在井底条件下，水泥浆的实际密度有所上升。
3M高强度中空玻璃微球 在低密度固井和钻井中的应用
3M
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
目录
3M公司简介 中空玻璃微球产品介绍 HGS低密度固井水泥浆 HGS低密度钻井液 致谢
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
3M公司简介
创始于1902年，全球五百强企业，2006年产值229亿 美元，中国产值10亿美元 全球雇员69000人，遍布61个国家 67000种产品，涵盖生产生活的方方面面 创新为本，每年500种新产品问世，销售额有40％是 最近4年的新产品
国
内
发
最近几年，中国石油集团工程技术研究院用泡沫水泥在
展
长庆油田的低压浅层易漏油气井中成功进行了现场实验
历
，泡沫水泥浆密度1.3-1.35 g/cm3，
程
此后，又用开发的低密高强水泥浆在大港、长庆等油田 欠平衡钻井固井中进行了应用实验，水泥浆最低密度 1.3 g/cm3，其综合性能均可满足目的层封固要求
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
HGS中空玻璃微球规格型号
3M低密度水泥浆的发展历程 低密度固井水泥浆简介 3MHGS高强度低密度水泥浆性能测试 应用
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
低密度水泥浆发展历程
六十年代 使用以膨润土、硅藻土、膨胀珍珠盐、水玻璃、硅质充 填物等材料配制低密度水泥浆，最低密度1.318g/cm3
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
HGS中空玻璃微球介绍
外形: 中空球形单体
成分: 耐热碱石灰硼硅酸盐
粒径: 10－90微米
承压能力: 2000 到 18,000 psi （14MPa到124MPa） 真实密度: 0.32 g/cc to 0.60 g/cc
~ 1-2 µ m ~ 1-2 µ m 平均: ~ 40 µ m
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
低密度水泥浆的要求
沉降稳定性好，不易分层，上下密度差不超过0.05 g/cm3 有较好的流变性能，n值大于0.70，k值小于0.20 失水量小，API失水控制在100ml以内 抗压强度符合施工要求，常压24小时抗压强度大于6Mpa 稠化时间适合施工要求，调整缓凝剂加量能使水泥浆体系稠化时间大于 120min 过度时间短，防气窜性能好，SPN值小于4
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
常用低密度水泥浆的适用范围
膨润土低密度水泥浆的最低密度限制值是1.60 g／cm3 粉煤灰低密度水泥浆的最低密度限制值是1.55 g／cm3 硅藻土低密度水泥浆体系的最低密度限制值是1.50 g／cm
漂珠低密度水泥浆体系的最低密度限制值是1.38 g／cm3
泡沫水泥可以使水泥浆密度低于1.0 g／cm3，最低0.72 g／cm3
小小微球… …蕴含科技
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
HGS 电镜照片
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
HGS 概况
项目 包装体积密度/真实颗粒密度 吸油性 稳定性 酸溶性 美国LC50标准生化测试
挥发性 含碱度 PH 表观 流动性
特性 55％---68％ 0.2---0.6 g/cc 600°C时开始变软 99.5％ 按标准EPA Drilling Fluids Toxicity Test, 40 C.F.R. 435, Subpant A, Appendix 2. 最大为重量的0.5％ 0.5毫克当量 9.1—9.9 白色 好
•
水泥浆中水的用量直接影响抗压强度的发展，在水泥浆中使用合适的减阻剂
可以减少水化水的用量，但不能减少充填水的用量。充填水的量取决于系统
的堆积密度，要减少充填水，就必须提高系统的堆积密度。
•
在水泥浆中，空隙空间通常被水充填，如果在水泥浆中对固相颗粒大小分布
优化，采用三种或更多的不同尺寸的颗粒进行级配，通过调节混合固相的大
国
外
发
八十年代
展
高强度空心微珠水泥浆，密度最低0.96g/cm3
历
泡沫水泥浆，密度低达0.72 g/cm3
程
九十年代 斯仑贝谢Revil P等利用紧密堆积理论，设计配制的低 密度水泥浆性能可与常规密度水泥浆的性能相媲美
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
低密度水泥浆发展历程
目前斯仑贝谢公司采用3M公司生产的密度为0.38
新型低密度水泥浆
漂珠低密度水泥浆 3M中空玻璃微球低密度水泥浆
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
新型高性能低密度水泥浆
紧密堆积理论
•
水泥浆中的水可分为两部分，一部分水用于润湿水泥颗粒表面，形成水膜，
并参与水泥的水化，称之为“水化水”，另一部分水充填在水泥颗粒之间的
空隙，称之为“充填水”。
小分布，就能改变固相的堆积体积分数，从而增加抗压强度和降低孔隙度和
渗透率。
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
新型高性能低密度水泥浆
漂珠
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
G级水泥 微硅和超细水泥
新型高性能低密度水泥浆
根据紧密堆积理论，在组成水泥浆固相中应该有3种或三种以上尺寸的颗粒，
国
的具有高强度抗压缩的空心玻璃微珠，可将水泥浆密度
外
发
降低至0.98g/cm3，其抗压强度可与正常密度的水泥浆
展 历
相当，渗透率比正常密度的水泥石低十倍，并进行了成
程
功应用。
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
低密度水泥浆发展历程
80 年代以来，克拉玛依油田的低压浅层易漏油气井， 辽河油田的低压稠油热采井及中原油田的中深易漏油气 井中使用了漂珠水泥浆固井，但水泥浆强度较低。
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
常用低密度水泥浆的适用范围
几种常用低密度水泥浆的极限密度
2
1.6 1.5
1.55
1.5
1.38
1
0.72
0.5
0
膨闰土
粉煤灰
硅藻土
漂珠
泡沫
几种常用低密度水泥浆的极限密度
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
常用低密度水泥浆的问题
低密度水泥由于外掺料的大量掺入，致使水泥浆密度的降低和水泥浆性能发 生矛盾，突出表现在以下几方面： 水泥浆体系稳定性差，体系分层离析； 水泥浆失水量难以控制； 泥浆流变性差，泵送困难； 水泥石强度发展慢，强度低，水泥浆石渗透性高，易引起腐蚀性介质的腐蚀， 尤其是水泥浆密度低于1.10g/cm3时； 泡沫水泥浆和漂珠水泥浆等随着压力增大，泡沫和漂珠易破碎，密度增加很 快，所以在井底条件下，水泥浆的实际密度有所上升。
3M高强度中空玻璃微球 在低密度固井和钻井中的应用
3M
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
目录
3M公司简介 中空玻璃微球产品介绍 HGS低密度固井水泥浆 HGS低密度钻井液 致谢
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
3M公司简介
创始于1902年，全球五百强企业，2006年产值229亿 美元，中国产值10亿美元 全球雇员69000人，遍布61个国家 67000种产品，涵盖生产生活的方方面面 创新为本，每年500种新产品问世，销售额有40％是 最近4年的新产品
国
内
发
最近几年，中国石油集团工程技术研究院用泡沫水泥在
展
长庆油田的低压浅层易漏油气井中成功进行了现场实验
历
，泡沫水泥浆密度1.3-1.35 g/cm3，
程
此后，又用开发的低密高强水泥浆在大港、长庆等油田 欠平衡钻井固井中进行了应用实验，水泥浆最低密度 1.3 g/cm3，其综合性能均可满足目的层封固要求
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
HGS中空玻璃微球规格型号
3M低密度水泥浆的发展历程 低密度固井水泥浆简介 3MHGS高强度低密度水泥浆性能测试 应用
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
低密度水泥浆发展历程
六十年代 使用以膨润土、硅藻土、膨胀珍珠盐、水玻璃、硅质充 填物等材料配制低密度水泥浆，最低密度1.318g/cm3
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
HGS中空玻璃微球介绍
外形: 中空球形单体
成分: 耐热碱石灰硼硅酸盐
粒径: 10－90微米
承压能力: 2000 到 18,000 psi （14MPa到124MPa） 真实密度: 0.32 g/cc to 0.60 g/cc
~ 1-2 µ m ~ 1-2 µ m 平均: ~ 40 µ m
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
低密度水泥浆的要求
沉降稳定性好，不易分层，上下密度差不超过0.05 g/cm3 有较好的流变性能，n值大于0.70，k值小于0.20 失水量小，API失水控制在100ml以内 抗压强度符合施工要求，常压24小时抗压强度大于6Mpa 稠化时间适合施工要求，调整缓凝剂加量能使水泥浆体系稠化时间大于 120min 过度时间短，防气窜性能好，SPN值小于4
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
常用低密度水泥浆的适用范围
膨润土低密度水泥浆的最低密度限制值是1.60 g／cm3 粉煤灰低密度水泥浆的最低密度限制值是1.55 g／cm3 硅藻土低密度水泥浆体系的最低密度限制值是1.50 g／cm
漂珠低密度水泥浆体系的最低密度限制值是1.38 g／cm3
泡沫水泥可以使水泥浆密度低于1.0 g／cm3，最低0.72 g／cm3
小小微球… …蕴含科技
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
HGS 电镜照片
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
HGS 概况
项目 包装体积密度/真实颗粒密度 吸油性 稳定性 酸溶性 美国LC50标准生化测试
挥发性 含碱度 PH 表观 流动性
特性 55％---68％ 0.2---0.6 g/cc 600°C时开始变软 99.5％ 按标准EPA Drilling Fluids Toxicity Test, 40 C.F.R. 435, Subpant A, Appendix 2. 最大为重量的0.5％ 0.5毫克当量 9.1—9.9 白色 好
•
水泥浆中水的用量直接影响抗压强度的发展，在水泥浆中使用合适的减阻剂
可以减少水化水的用量，但不能减少充填水的用量。充填水的量取决于系统
的堆积密度，要减少充填水，就必须提高系统的堆积密度。
•
在水泥浆中，空隙空间通常被水充填，如果在水泥浆中对固相颗粒大小分布
优化，采用三种或更多的不同尺寸的颗粒进行级配，通过调节混合固相的大
国
外
发
八十年代
展
高强度空心微珠水泥浆，密度最低0.96g/cm3
历
泡沫水泥浆，密度低达0.72 g/cm3
程
九十年代 斯仑贝谢Revil P等利用紧密堆积理论，设计配制的低 密度水泥浆性能可与常规密度水泥浆的性能相媲美
3M中空玻璃微球在固井钻井中应用
低密度水泥浆发展历程
目前斯仑贝谢公司采用3M公司生产的密度为0.38