教育油井水泥外加剂和外掺料的功能定位及长效性评价

[教育]油井水泥外加剂和外掺料的功能定位及长效性评价汇报内容

1.水泥浆配方设计和外加剂使用原则

2.油井水泥外加剂的功能定位

3.油井水泥外掺料的功能定位

4.功能与常规外加剂的长效性评价实例

水泥浆配方设计和外加剂使用原则油气井固井作业是钻井工程的最后一个关键环节，其工程质量与油气井生产寿命和油气开采成本直接相关。油井水泥及外掺料外加剂的混合体构成了井下水泥环的基体材料，其作用举足轻重。在对常用油井水泥外加剂进行功能细化分类的基础上，提出了功能外加剂（或外掺料）和常规外加剂的设计和使用的遵循原则。水泥浆配方设计和外加剂使用原则科学严谨长效实用汇报内容-2

1.水泥浆配方设计和外加剂使用原则

2.油井水泥外加剂的功能定位

3.油井水泥功能材料的功能定位

4.功能与常规外加剂的长效性评价实例

油井水泥外加剂的功能定位高脆性高收缩高滤失水泥浆体水泥石常规外加剂

保障水泥浆工程性能

功能外加剂

保障井下水泥环力学性能稳定和环空密封性能

作用有效性实用性降滤失剂保证浆体性能稳定加剧水泥浆体收缩，施工结束便失效分散剂改善浆体流变性加剧水泥浆体收缩，施工结束便失效缓凝剂延长浆体稠化时间有可能降低抗压强度，水泥浆凝固后失效发气类防窜剂防止浆体失重和气侵水泥石体积仍然收缩，水泥浆凝固后失效堵漏剂(玻纤或化纤)防止水泥浆低返在高碱或高温长期作用增韧功能下失效注重临时调整油井水泥浆体的某种工程性能施工结束后其作用终止，对水泥石的后期力学性能基本没有改善作用，甚至还有副作用属短效型外加剂常规外加剂的功能定位作用有效性实用性晶体防窜剂补偿体积收缩，提高水泥环胶结质量抗压强度和胶结能提高、渗透率降低且长期有效纤维防漏增韧剂防止浆体漏失、提高水泥环韧性抗压强度、胶结性能和抗冲击性能改善且长期有效自修复密封剂阻断油气窜流通道，提高环空密封性阻断油气窜流通道（微间隙）且长期有效以矿物深加工产品为基本组分伴随着井下水泥环持续稳定地发挥作用，有利于水泥环长期密封性能的提高和减少后期维护费用属长效型外加剂功能外加剂的功能定位基体增密剂水泥石弹性改善剂防腐蚀剂胶乳降滤失剂防窜剂胶结助剂当液态胶乳掺量达到水泥干灰质量的15%以上、混合水电解质浓度和地层温度不高时，它的基体增密作用（防腐蚀）、防窜作用和改善水泥石弹性的作用才能发挥出来，但不能改善水泥石抗冲击韧性。国内油田出于节约成本目的，在使用过程中的掺量并没有达到其最低要求，因而使用效果不明显且不稳定。胶乳系乳液聚合的高分子材料，长期在高温环境下必然老化降解，固井作业后在一定时间内失去其功效，故其定位于常规外加剂。胶乳控制失水的能力比较差，只能适当控制滤失量而不可能达到降滤失剂的效果（可以称之为降滤失助剂）。

功能定位不明确汇报内容-3

1.水泥浆配方设计和外加剂使用原则

2.油井水泥外加剂的功能定位

3.油井水泥功能材料的功能定位

4.功能与常规外加剂的长效性评价实例

油井水泥功能材料的功能定位功能材料是指通过电、磁、热、化学等作用后，具有特定功能的新材料，可部分替代油井水泥（即外掺料），通过化学或物理作用赋予油井水泥石特定的功能。典型的功能外掺料如硅灰、矿渣和Micromax（紧密堆积加重材料）等。典型功能外掺料硅灰矿渣系碱激发材料

Micromax

粉煤灰增强材料降低水泥石的孔隙率，降低水泥浆析水率、大幅度降低水泥石渗透率和提高水泥石抗压强度。其最佳掺量为水泥质量的10~15%属于长效增强功能材料界面胶结材料降低水泥石渗透率、提高抗压强度，改善水泥环的界面胶结强度掺量为水泥质量的30%时，所形成的水泥石孔隙率最低属于长效胶结功能材料紧密堆积密度调节材料用于调整水泥浆的密度，降低水泥石的渗透率和提高抗压强度。最低掺量为10%

属于长效增密功能材料功能定位不明确

降低水泥浆密度和改善水泥石孔结构作用有限，不能明显提高水泥的石抗压强度不属于功能材料

只有通过科学合理的设计和使用外掺料，才能最大程度地发挥其功能和作用！

汇报内容-4

1.水泥浆配方设计和外加剂使用原则

2.油井水泥外加剂的功能定位

3.油井水泥功能材料的功能定位

4.功能与常规外加剂的长效性评价实例

大庆油田吉林油田SouthOman油田防窜水泥浆体系固井质量长期跟踪国内油田

国外油田

SouthOman油田非均质碳酸盐和岩层地层高压气井,气层井深位于4800~5500m尾管固井考核封固层段位于5470~5500m之间盐岩层固井优质率判据为CBL测井胶结指数(BI)>0.8和扇形成像测井

紧密堆积晶体防窜水泥浆体系固井；预计固井第56天后水泥石的膨胀量可密封微间隙水泥浆平均密度为2.43g/cm3隔离液密度为2.35g/cm3注水泥作业后第9天到第21个月共进行了4次CBL/扇形成像测井

对同区块的邻井（考核层段位于4920~5006m，使用常规防窜水泥浆体系）也进行了2次CBL/扇形成像测井对比体系测井时间固井质量评价测井条件晶体防窜第1次：固井后第9天考核段10%为优质（存在微间隙）井内流体为钻井液（密度略低于固井所用水泥浆）第2次：固井后第16天考核段100%为优质

井内流体为钻井液，测井时井口加压7MPa第3次：固井后第22天考核段全部不合格

井内流体为盐水（相当于井底套内压力降低了61MPa）第4次：固井后第630天考核段100%为优质

井内流体为盐水（相当于井底套内压力降低了61MPa）常规防窜第1次：固井后第9天考核段全部不合格（存在微间隙）井内流体为钻井液第2次：固井后第150天考核段全部不合格（存在微间隙）井内流体为钻井液SouthOman油田高压气井固井后4次CBL/扇形成像测井结果比较国内油田大庆油田吉林油田A井吉林油田B井

大庆油田在国内首先采用调整井固井延时测井（15天）质量评定方法，对同一区块两口相邻的调整井（分别采用A级水泥原浆和DPD晶体防窜水泥浆体系固井）进行了2次CBL/VDL测井评价。

同一区块相同构造的两口含CO2深层气（3670~5125m）中采用不同的防窜水泥浆体系分级固井井底静止温度约为200℃从注水泥作业后第7天到第15个月每口井进行了2次CBL/VDL测井验证了WDH晶体防窜剂和胶乳的长效性差别结束语油井水泥功能外加剂油井水泥功能外加剂（或外掺料）对于提高井下水泥环的长期密封性和固井质量的稳定性有着不可替代的作用，固井设计和应用时应该给予足够的重视。

功能固井材料和功能外加剂的研究开发已呈多元化发展趋势，传统的硅酸盐水泥基材料已经不能满足特殊地质条件的固井技术需求。

非硅酸盐固井材料已