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1、钻井工程天然气工业2001年3月触变性水泥的评价方法及其应用XXX刘崇建刘孝良(西南石油学院)刘崇建等1触变性水泥的评价方法及其应用1天然气工业,2001;21(2):56~60摘要触变性水泥是一种适用于破裂压力梯度较低的松散地层、漏失层及挤水泥等注水泥作业的水泥浆体系,它对防止水泥浆凝固过程的气窜问题同样具有一定效果。文章重点对触变性水泥浆的测量和评价方法进行了全面分析和深入的讨论,提出的水泥浆触变性有关模型同样适用于其它非胶凝性宾厄姆流体、幂律流体的触变性评定。文章还对触变性水泥浆的特点、用途、常规配方及国内外应用情况进行了较深入的介绍。主题词固井注水泥触变性水泥评价
2、方法水泥浆的触变性是指搅拌后水泥浆变稀,静止切应力和动切力比后者高。两条流变曲线所形成的后水泥浆变稠的特性。即水泥浆在一定剪切速率作滞后环面积(ociadod)表示了流体的触变性大小。如用下,视粘度随作用时间的延长而逐渐减小,并趋于两条流变曲线重合,滞后环面积为零,该流体无触变某一定值,或当剪切作用停止后,水泥浆的视粘度又性。重新升高,但不一定按原来形状恢复的现象(图1)。图2触变性流体的流变曲线图1触变性流体视粘度随时间的变化(2)图3中曲线(a)为触变性水泥浆在一定剪切流体显示触变性的原因,一般认为是由于流体速率作用下,剪切应力随作用时间增加而降低的现在一定剪切速率作
3、用下,其内部结构发生了变化,而象;曲线(b)则为触变水泥浆静止不同时刻,静切力112随静止时间增加而增大的情况。当静止时间达到某当流体静止后结构又恢复到原来的情况。一定值后,静切力趋于稳定。水泥浆静切力的增加触变性水泥浆的特点及用途速度和最大值反映了浆体的触变性大小。12,52(3)触变性水泥浆还有一个明显的特征,即在每1.触变性水泥浆的特点水泥浆在流动过程和流变曲线上表现出以下特一次静、动态流动之后,其静切力和动切力趋于增征:高。在注水泥施工中,反复停泵之后,其停止时间愈(1)图2为水泥浆的流变曲线,曲线(ocia)、长,开始流动所需要的泵压愈高(图4)。因此,注替(a
4、dod)分别为从低转速到高转速和从高转速到低转这种水泥浆时,应避免较长的停泵时间。12,3,42速测得的流变曲线,即在某一转速下,前者测得的剪2.触变性水泥浆的用途X本文系原中国石油天然气总公司/八五0重点科技攻关项目(94008)。XX作者简介见本刊1995年第5期。地址:(637001)四川省南充市。电话:(0817)2642913。#56#第21卷第2期天然气工业钻井工程15,122触变性水泥浆的评价方法1.滞后环法滞后环的面积实际上反映了触变能的储存大小,即浆体结构拆散与形成所需能量之差。储存能用剪切速率与剪切应力的乘积表示,其表达式为:E=CS(1)式中:E为单
5、位时间、单位体积水泥浆的储存能,3-1J/m#s;C为剪切速率,s;S为剪切应力,Pa。图3触变性流体流动和静止后剪切应力的变化情况由图2可知,当升速测定水泥浆的流变性能时,其流变曲线之下的面积反映了水泥浆结构破坏所需之能量(E1)为:S600E1=QCdSS0如采用宾厄姆模型,则E1可表示为:C60012E1=Q0Gp1CdC=2Gp1C600(2)当降速测定水泥浆流变性能时,其流变曲线之下的面积反映了水泥浆结构形成所需之能量E2图4触变性水泥浆静止时间与启动泵压、流量的关系为:12E2=GpC600(3)(1)适用于松散地层的注水泥作业。这种地层22破裂压力较低,即使
6、采用低密度和静液柱压力较低水泥浆的触变能E则为:12的水泥浆固井也易破碎,常常出现水泥浆下落的现E=E2-E1=C600(Gp-Gp)(4)221象,从而造成需要水泥浆封固的井段未能达到封隔或的要求。使用触变性水泥浆后,由于胶凝强度增加,1E=C600(S01-S02)(5)水泥浆的重量被悬挂和支撑在井壁上,降低了作用2在地层上的浆柱压力,防止或减轻了水泥浆的下落对于适合幂律模型的水泥浆,则触变能的表达问题。式为:(2)适用于漏层的注水泥作业和处理钻井过程n2n1E=C600S600-(6)1+n21+n1的井漏问题。当触变性水泥浆进入漏失层后,其流可以通过测定升速或降速
7、的流变参数(Gp1、速减慢,浆体结构迅速形成,随之水泥浆的流动阻力S01、n1或Gp、S02、n2)及C600和S600,计算水泥浆的增大,漏失层易被堵塞,从而使注水泥作业和堵漏的2-1触变性。C600=1022s,S600为C600所测剪切应成功率得到提高。力。(3)触变性水泥浆在一定条件下可以防止气窜2.静切力法的发生。该条件是:当触变性水泥浆失重值等于过用特殊形状的叶片,在剪切速率接近零时(约1平衡压力时,其胶凝强度如能增至240Pa,则固井气-1s),测定水泥浆静止10s(或1min)和10min,浆窜发生的可能性较小
