第7章 水泥浆化学与固井.ppt

第四讲：提高复杂油气井固井质量的理论和方法 水泥浆化学与优质固井原理 （2009年课件） ;提 纲 一、固井的功用和方法 二、水泥浆化学原理 三、优质固井原理 四、固井质量检测原理;一、固井的功用和方法 固井就是将水泥注入井壁与套管之间环空的过程。固井工程是指通井处理钻井液、下套管、再循环处理钻井液、注水泥、候凝、测三样到装井口交井的全过程，是涉及多学科多专业的一个系统工程，核心是经济合理地设计套管柱和安全优质地注入水泥浆。 固井的目的是保护地表水、封隔地层和支撑套管柱。;固井方法; 成功固井“五步骤” 1.了解相关地质资料，核实勘探开发要求。 2.弄清井况，分析参数，设计固井方法和水泥浆性能。 3.匹配水泥浆组成，完成水泥浆室内试验，确保能够满足施工要求。 4.计算需注入的水泥量，均匀混拌并进行水泥浆室内复核试验。 5.实时监控施工过程，必要时对设计要求和井下实际进行修改。; 二、水泥浆化学原理 1.油井水泥的制造方法与化学成分 2.油井水泥的水化机理与水化现象 3.油井水泥的性能参数与影响因素 4.油井水泥外加剂（料）与特种水泥;1.油井水泥的制造方法与化学成分;（1）硅酸三钙（3CaO·SiO2，简写为C3S） 在水泥中，硅酸三钙含量最高，而且水化速率、强度增加速率和最后强度都高。 （2）硅酸二钙（2CaO·SiO2，简写为C2S） 在水泥中，硅酸二钙的含量小于硅酸三钙的含量，它的水化速率和强度增加速率虽低，但最后强度高。 （3）铝酸三钙（3CaO·Al2O3，简写为C3A） 在水泥中，铝酸三钙含量较少。虽然它水化速率高，但强度增加速率低，最后强度低。 （4）铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写为C4AF） 在水泥中，铁铝酸四钙含量比铝酸三钙含量略高，但其水化速率、强度增加速率及最后强度均与铝酸三钙的情况类似。 ;*油井水泥分级： A B C D E F G H （J）;*油井水泥的化学成分;2.油井水泥的水化机理与水化现象;B.水化过程;*油井水泥水化伴随现象 放出水化热、胶凝失重、失水与析水、体积减缩等。 A.放出水化热－井温测井、“微环隙”;B.胶凝失重;C.失水与析水 失水的危害： （1）水泥浆“瞬凝”，导致固井失败。 （2）水泥水化不充分，造成固井质量差。 （3）水泥浆体积减少，诱发油气水窜。 （4）水泥浆向产层失水，污染油气层。 析水的危害： （1）对于水平井，形成连续性水带窜槽。 （2）对于垂直井，形成横向水带和纵向水槽。;D.体积减缩 水泥内部体积减少：以真空微孔隙的形式分布于水泥石中，造成其孔隙压力下降。 水泥表观体积收缩：; 3.油井水泥的性能参数与影响因素 *水泥浆性能：考虑施工安全和油井寿命;*影响水泥浆性能的因素;*温度对水泥浆稠化时间的影响;*温度和压力对水泥石强度的影响规律;*高温水泥浆 ;*压力对水泥浆失水量的影响;4.油井水泥外加剂（料）与特种水泥; 可以看出：硅粉加量宜选为35％左右，且宜选用中等比表面积的硅粉。; 三、优质固井原理 1. 顶替机理与对策 2. 油气水窜机理与对策 3.水泥环界面胶结质量影响因素与对策;1.顶替机理与对策;a.顶替效率的概念：;c.顶替流态;d.套管偏心的影响;e.井径扩大的影响;B.提高顶替 效率的措施;2. 油气水窜机理与对策 水泥浆的物理状态变化是从刚顶替完的液态发展成静止一段时间的胶凝状态，到候凝期间低渗透性的软固相，最后发展成不渗透的固体。 气窜是一个非常复杂的问题，它与水泥浆密度的控制、钻井液的驱替、水泥的水化、水泥浆性能以及水泥与套管和地层的胶结等有关。;水泥浆稠度（Bc）;A.固井后水气窜的机理;a.水泥浆柱压力变化规律;b.水窜流量的变化规律;c.固井“压差”对水侵的影响;B.防窜有效措施 固井后是否会发生气窜主要取决于水泥浆柱压力和地层压力，同时还与水泥浆自身的抗窜能力有关。防窜条件是 (PH-△P)+Psk＞Pp 防止固井后油气水窜的主要途径是 a.尽量增加固井后水泥浆柱的压力。 b.尽量减少水泥浆的“压力损失”。 c.尽快提高水泥浆的抗窜能力。;控制水泥返高;3.水泥环界面胶结质量影响因素与对策;a.水泥