低密度固井术.ppt

低密度水泥浆固井主要解决以下问题： (1) 防止易漏地层发生注水泥漏失； (2) 能形成较长的封固段，减少自由段，保护套管； (3) 减少液柱压差，保护油气层。 使用正常的水灰比配制出的纯水泥浆的密度一般大于1.80g/cm3。但是，在易发生漏失地层和低压裂梯度的地层中，就不能承受如此高密度水泥浆的长液柱压力，为此，使用减轻剂来降低水泥浆的密度，所以，在很多特殊地层的固井作业中，我们采取低密度水泥浆体系固井。 常用的减轻剂有：漂珠、膨胀珍珠岩粉、硅酸钠、硬沥青、粉煤灰、硅藻土、沸石、微硅，膨润土等。 2.1漂珠 漂珠——漂珠是应用最普遍的的水泥减轻材料。 其主要的性能参数为： 2.2硅藻土 硅藻土——是沉积形成的一种多孔、质轻、极易研成粉末的矿产。它结构细微，由许多硅藻的硅质空壳组成，因此孔隙率高，且具有较强的吸附性和化学惰性。由于硅藻土密度低（2.10～2.20g/cm3），比表面积大，吸水量大，因此可有效地降低水泥浆密度。硅藻土中的SiO2含量较大（85～90%），SiO2能与水泥水化产物Ca(OH)2反应，生成水化硅酸钙凝胶，从而促进水泥水化和水泥石强度的发展。 2.3微硅 微硅——是生产铁硅合金的副产品，密度为2.1～2.6g/cm3，是一种较好的减轻材料，具有极小的颗粒细度，需要有大量的水润湿其表面，相对地降低水泥浆密度。由于微硅颗粒细小，它在水泥颗粒之间起填 塞作用，从而改善了水泥石的微观结构，增加了水泥石的致密性，降低了水泥石的渗透率，减少了水泥浆的析水和失水量，并有防腐和稳定水泥浆浆体以及抗高温强度退化的作用。但如果加量过大，将影响水泥浆的流变性能，影响固井质量。由于微硅的SiO2含量高，所以它能提高水泥浆体系的SiO2摩尔含量，防止高温条件下水泥石强度的衰退。微硅绝大部分颗粒粒径在0.02～0.5μm之间。 2.4膨润土 膨润土——膨润土密度为2.60～2.70g/cm3，是最常用的粘土类水泥浆减轻剂，主要成分是蒙脱石（NaAl2，AlSi3O10.(OH)2），蒙脱石具有极强的吸水性能，在水中体积可以膨胀几倍。其造浆率很高，使水泥含水量增大，并由此使水泥浆密度降低。 2.5硅酸钠 硅酸钠——可使水泥浆的密度降到1.70～1.37g/cm3，且析水量小。该体系水泥石的后期强度较低，并且渗透率偏高。其适宜的温度为50～70℃，在高温下浆体稳定性变差。 2.6硬沥青 硬沥青——常用的天然沥青或用沥青氧化法而制得的高软化点沥青，其密度为0.9～1.1g/cm3。硬沥青常与高保水材料（氧化沥青）复合使用。加量2.5%～50%（质量分数）可使水泥浆密度降到1.70～1.37g/cm3。当加量较高时，拌灰困难，故常与膨润土等复合使用。适用温度为150℃以下。 2.7粉煤灰 粉煤灰——粉煤灰又称飞灰，密度在2.1g/cm3左右。粉煤灰是火电站煤粉燃过的灰烬，主要由含二氧化硅的玻璃体组成。用粉煤灰配制水泥浆可使水泥浆的密度降到1.70～1.60g/cm3。粉煤灰低密度水泥体系具有很高的抗腐蚀能力，其水泥石抗压强度也明显高于粘土体系。 2.8氮气 将氮气充入水泥浆中，通过加以气泡剂和稳泡剂等表面活性剂，使氮气形成均匀细小的气泡，即所谓的泡沫水泥浆。泡沫水泥浆的最低密度可达0.84g/cm3，具有较高的抗压强度和较低的渗透率。然而，密度低于0.85g/cm3泡沫水泥渗透性增加，其应用范围受到限制。 泡沫水泥出现于1979年，它通过向水泥中注入气体（通常是氮气）的方法制成低密度水泥，同时加入表面活性剂和稳定剂，以获得均匀稳定的气泡分布。 由于泡沫水泥含水量比其他类型的低密度水泥要少，所以显示出良好的抗压强度。 表4 泡沫水泥强度 顶替模拟试验显示泡沫水泥极好的泥浆顶替特性，这可能是利用它固有的可压缩性，浮力作用或它的赋能作用，由于含有压缩气体，他在环空中膨胀，顶替掉它前边的流体。 3.1 基本设计方法 根据实际地层压力等情况确定水泥浆密度及实验温度，根据地层特性决定使用何种减轻剂，然后展开室内实验，下面分别以一种减轻剂和复合减轻剂为例来说明低密度水泥浆的设计方法。 性能良好的低密度水泥体系要求水泥浆具有以下特征： ①良好的稳定性，不漂浮、不沉淀； ②良好的强度发展； ③较好的流动性能； ④较低的渗透率； ⑤失水和自由水控制良好。 低密度水泥的设计关键要控制好水灰比，不同的低密度材料都有一个经验的需水量，而且还要知道材料的绝对密度即比重，要掌握的原则是在保证水泥浆有良好的流动能力的条件下尽量减少水灰比。 表1 低密度材料的需水量 设计低密度水泥基本步骤是： ①先定基本水泥浆，如G级水泥的水灰比为0.44,密度1.89；H级水泥水灰比