固井用水泥外加剂

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1、油井水泥外加剂及应用第一节 概   述随着石油工业的发展，油气勘探和开发领域日益扩大，钻井技术逐渐提高。深井、超深井和特殊井频频问世，给油井技术提出更高的要求。特别是在地质构造复杂、井下条件恶劣的情况下注水泥，采用纯水泥已经远远不能满足工艺技术的要求，必须依靠外加剂来调节其使用性能。例如:填充剂可以增加产浆量，节约水泥，降低成本;促凝剂或缓凝剂可以调节稠化时间，既能保证施工安全，又能在规定的时间内达到继续作业的强度要求;降失水剂可以减少渗透性地层对水泥浆的滤失作用，保护油气层，提高采收率;分散剂可以改善水泥

2、浆流变性能，增加顶替效率，提高固井质量，延长油井寿命。因此，外加剂的研究、重产和应用在国内外都得到迅速地发展。 外加剂可以使水泥在不改变基本成分的情况下，改变其水泥浆性能。它与水泥的关系是相辅相成的。一般地说，油井水泥外加剂可分为:(1)调节水泥浆稠化时间的外加剂:促凝剂、缓凝剂;(2)改变水泥浆失水性能的外加剂:降失水剂;(3)改善水泥浆流变性能的外加剂:分散剂;(4)水泥浆密度调节剂:加重剂、减羥剂;(5)降低循环漏失的外加剂:堵漏剂;(6)提高水泥石热稳定性的外加剂:石英砂;(7)配制含盐水泥浆;第二

3、节 促 凝 剂在浅井或表层套管注水泥施土中，虽然水泥浆满足了泵送的要求，但往往存在稠化时间长、强度发展慢的问题，严重影响钻井进尺和固井质量。而加入促凝剂或早强剂，可以改变水泥浆性能，既能满足固井作业的要求，又能使强度尽快地达到继续钻进的要求。当然有时也用来缓解因加入其它外加剂，例如分散剂、降失水剂等所引起的过缓凝，目的都是为了加速抗压强度的发展，缩短候凝时间。严格地讲，促凝和早强是有区别的:早强是指早期抗压强度有明显地提高，但对凝结时间不作要求，如常用的分散剂，就有一定的早强作用;而促凝剂则要求缩短凝结时间

4、，即加速凝结，不管强度发展的快慢。这两者往往既有共同的性质，而又有所不同。由于氯离子对对井下钢材的腐蚀，所以制定了研制无氯根促凝剂，从此以后就出现了非氯化物促凝剂或无氯根促凝剂或不含氯离子促凝剂等。为适应这种情况，本文也把促凝剂分为氯化物促凝剂和非氯化物促凝剂。 一、氯化物促凝剂氯化物促凝剂主要包括氯化钙、氯化钠、氯化钾和海水等。 1.氯化钙(CaCI2)多年以来，氯化钙一直被成功地用作促凝剂，也有很理想的早强作用。当加到水泥或混合水中时，其浓度占水泥质量的2%-4%时，即能促进水泥浆的快速固化，达到所要求

5、的候凝时间。氯化钙是一种极强的吸水材料，可以是片状或粉末状，常规级纯含量是77 %;无水级是粒状或片状，含量为96 %。对大多数需要，常规级加量2 %，无水级加量1.6%就有最佳促凝效果。常规级是最通用的一种类型。无水级从大气吸收少量水分之后，可用于高潮湿的地方(即含水量较高的使用对象，也就是说，只能加在混合水中，不能加在干水泥中)。加量占干水泥质量4%的氯化钙有时推荐用于高水灰比的水泥浆，这时大体积的水可以冲淡促凝剂的浓度。这种材料适用于A级、C级和低密度水泥。2.氯化钠(NaCI)氯化钠作促凝剂应注意浓

6、度范围。一般说来，氯化钠浓度在10%以下时为促凝剂;在10%-18%既不促凝，也不缓凝，其稠化时间与纯水泥浆相似;而当氯化钠浓度提高到18%以上时表现出缓凝作用。氯化钠在固井中的应用，大概有五个方面: (1)低浓度可作水泥浆的促凝剂; (2)高浓度(饱和盐水)可作水泥浆的缓凝剂; (3)不同的浓度可作水泥浆不同的加重剂; (4)用饱和盐水水泥浆可固盐层、石膏层或页岩层等。一般地说，使用这种水泥浆，套管与盐层的胶结较好。另外，这种水泥浆还能抑制膨润土砂岩和页岩的膨胀，防止泵经盐岩层时水泥浆冲蚀盐层或使盐岩溶解

7、而增加井径扩大率。  (5)降低寒冷地区水泥浆的冰点。    3.氯化钾(ICI) 氯化钾能促进水泥浆凝固，且对其流动性略有影响，与氯化钙复合使用效果更好。在泥岩、贞岩、夹缝砂岩、石灰岩等注水泥时，若在水泥浆、隔离液或冲洗液中加入0.3%-1.0%的氯化钾，可以抑制粘土膨胀，防止造浆作用，以免影响胶结强度。据介绍，由于饱和盐水水泥浆在低含盐度层段因渗透压的存在会引起裂缝，而不同盐度的层段选择其平衡盐度的水泥浆又是不可能的，所以人们很少使用饱和盐水水泥浆。4.氯化钙复合物据介绍，氯化钙与氯化钠或氯化氨等混合使

8、用效果更好。1%氯化钙与2%氯化氨的混合物，或者2%氯化钙与2%氯化钠的混合物都是良好的复合促凝剂。使用这些复合促凝剂，既能可靠地加速水泥浆凝结和硬化，又不影响水泥浆的流动性能，而且还能降低水泥浆的游离水。它们也可以增加水泥的水化热，使温度升高，提高水泥石的抗渗透性能。 使用氯化钙与氯化氨的复配物，既能加速固化，又能提高早期强度。高反应热又使之特别适用于低温井注水泥。5.海水 在海上钻井，大多使用海水配制水泥浆。