胶乳水泥浆体系的研究

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1、中国石油大学(华东)硕士论文第i章前言小于0．5％·正是由于水泥浆的胶凝和收缩特性，作用在井简内的原始压力才会释放和减小。如果没有胶凝悬挂，水泥浆的收缩是不起作用的；相反，如果没有水泥浆的体积收缩，水泥浆的胶凝失重和桥堵失重同样是不能成立的。总之，水泥浆的胶凝和体积收缩是失重的最基本因素，它们在各阶段所引起的主要作用，也不尽相同。／、＼一，一。＼_，H嚏／。／尊‘雠嗒搴Jr／。／IE魂啦绾I帅l／I,,图1-3水泥浆收缩率1．2．1．4气侵的方式和条件根据国内外研究的结果，气体窜流的方式有以下三种：(1

2、)水泥浆窜槽和泥饼干裂引起的油、气、水窜气体套管图l-4由于钻井液替换不好发生的气体运移(2)界面微间隙引起的油、气、水窜5SI32譬__，_q曩¨蠢l霉中国石油大学(华东)硕士论文第l章前言蓬二筵．删橱昏檄嘏棼蠹水泥睡誓誓望II妻：II墨：篓ll妻器：ll要主lJ筌：!主i：lI；i：书记体内窜■一成一形一与一因广原裂。rJ环一卜一图中国石油大学(华东)硕士论文第1章前言1．2．2防窜理论与措施1．2．2．1防窜理论对于流体窜流的原因，国内外专家提出了以下理论【8】：(1)界面胶结理论固井施工后，由于

3、水泥浆与套管或水泥浆与井壁胶结不良，留下气体窜通的通道，因此产生气窜；(2)失重理论地层流体有一定压力，在施工中如果地层流体压力大于水泥液柱所产生的有效压力，流体窜出，液柱有效压力降低(失重)，引起气窜。“界面胶结论”并未说明地层流体进入环空的根本原因，并且提出的防窜措施为消除泥饼【9】；但实际上，由于井眼条件及固井作业的复杂性，要完全清除泥饼是不可能的。“失重理论”虽然从本质上阐明了窜流的成因，但也存在两方面不足。一方面，随着水化的进行，虽然环空失重，但由于初凝后水泥胶凝强度逐步发展，即窜流的阻力也在

4、不断增加，“失重论”对此考虑不够，窜流应是这两种现象的综合结果。另一方面在过渡状态后期，水泥浆体积收缩使界面胶结不良而提供了窜流通道，失重论对此未加考虑，在固井作业中没有窜流，而固井作业以后，由于水泥体积收缩而发生窜流的情况时有发生。在20世纪90年代初期，Talabani等又提出了一种新的防窜理论∥微裂缝一微环隙”理论。微环隙是由于水泥环不能很好与套管胶结造成的，而微裂缝则是在水泥环与地层之间或水泥环内产生的微小通道。他们认为环空存在的微裂缝一微环隙是引起窜流的根本原因。表面上看这一理论与“界面胶结论

5、”如出一辙。但这一理论认为界面胶结不良的本质是由于水泥水化产生的微裂缝及微环隙，其防窜措施也有别于“界面胶结说”，即在承认泥饼存在的基础上，消除微环隙或微裂缝。这一理论也不排斥“失重理论”，它承认“失重现象”的存在，由于消除了微环隙及微裂缝，而形成较好的界面胶结及内部结构，从而大大提高了窜流的阻力，阻止窜流的发生。7中国石油大学(华东)硕士论文第1章前言1．2．2．2防窜措施防窜剂和防窜技术是20世纪80年代末发展起来的新技术，到目前该项技术仍在发展和完善。多年来，已经提出了许多控制气窜的方法，这些方法

6、反映了每一发展阶段的认识水平。控制地下流体的外窜与运移一般有两种方法110]：一种是机械方法：另一种是化学方法。机械方法靠的是一种橡胶质的管外封隔器，通过橡胶筒在一定条件下的膨胀作用在某一特定的层位封住地层，防止流体的上下运移，但是这只能解决一个高压层问题，而对于全井段的防窜则只能靠另一种化学方法来实现。化学方法控制流体外窜与运移实际上有许多接近成熟的做法，近年来的一些研究介绍了许多这方面的成果。因为地下情况变得愈来愈复杂，全井有多个压力层系。使得有些技术只能针对一、二个问题，在一定程度有所改善，没有完

7、全的、很好的解决固井质量问题。这些化学方法包括向水泥浆中加入气体膨胀剂、固体膨胀剂、速凝早强剂、普通的失水抗窜剂等。气体膨胀法是向水泥浆中添加表面钝化了的铝粉材料．当这种水泥浆被泵入井下后，铝粉的钝化膜被剥落，暴露的铝粉会和水泥中的氢氧化物发生反应，缓慢平稳的放出氢气，产生的气体使水泥浆获得了一定的附加压力，在一定程度上补偿了由于水泥浆失水和失重导致的压力降，增加了对地层流体的平衡能力，从而提高了固井质量。这一技术是国外20世纪60年代至70年代的技术，80年代初各油田及高等院校进行了这方面的研究与应用

8、，其产品代号KQA，KQB和DG29⋯l，这种方法的缺点是铝粉的发气时间和发气量不易准确控制，同时有人提出了产生的气体会使套管产生“氢脆”效应，同时也有诱发气窜的可能，尤其是在浅井中由于缺少必要的压稳条件更容易发生自身的气体窜移问题。固体膨胀剂法是向水泥浆中添加CaO和MgO的混合物，通过二者的作用，从晶体学的角度增加水泥环固化后的晶型膨胀力，一般的水泥石实验室的线性收缩率在4％～7％，而加入固体膨胀剂的水泥石基本不收缩，还略有膨胀。这一作