現(xiàn)代固井技術(shù)理論基礎(chǔ)

1、zms2007zms2007zms2007現(xiàn)代固井技術(shù)講座現(xiàn)代固井技術(shù)講座 題目題目 現(xiàn)代固井技術(shù)的理現(xiàn)代固井技術(shù)的理論基礎(chǔ)和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)論基礎(chǔ)和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)zms2007zms2007zms2007為什么固井技術(shù)有研究不完的課題為什么固井技術(shù)有研究不完的課題現(xiàn)代固井技術(shù)詮釋現(xiàn)代固井技術(shù)詮釋 世界上已經(jīng)有世界上已經(jīng)有103年的固井歷史，在國內(nèi)也有年的固井歷史，在國內(nèi)也有50多年了，為什多年了，為什么固井有研究不完的課題？難道沒有固定的模式嗎？么固井有研究不完的課題？難道沒有固定的模式嗎？ 1. 從宏觀來看，完鉆后下套管用水泥固定的固井方法是不變從宏觀來看，完鉆后下套管用水泥固定的固井方法是不變的，然而

2、影響固井質(zhì)量的因素如井眼條件，尤其是地層性質(zhì)、井的的，然而影響固井質(zhì)量的因素如井眼條件，尤其是地層性質(zhì)、井的類型、泥漿類型、甚至套管和水泥都是多變的。因此固井不斷需要類型、泥漿類型、甚至套管和水泥都是多變的。因此固井不斷需要新方法。新方法。 2. 從理論上講，固井已經(jīng)成為一門由多學(xué)科組成的科學(xué)。這個(gè)從理論上講，固井已經(jīng)成為一門由多學(xué)科組成的科學(xué)。這個(gè)結(jié)論是不可否定的。它包含化學(xué)、地質(zhì)、物理、石油、機(jī)械和電工結(jié)論是不可否定的。它包含化學(xué)、地質(zhì)、物理、石油、機(jī)械和電工學(xué)。每一門學(xué)科對實(shí)現(xiàn)固井目標(biāo)都是很重要的。固井作業(yè)是一口井學(xué)。每一門學(xué)科對實(shí)現(xiàn)固井目標(biāo)都是很重要的。固井作業(yè)是一口井整個(gè)施工中重要的

3、組成部分，沒有任何因素比固井質(zhì)量對油井產(chǎn)能整個(gè)施工中重要的組成部分，沒有任何因素比固井質(zhì)量對油井產(chǎn)能的影響更大，因此固井技術(shù)要更新觀念。的影響更大，因此固井技術(shù)要更新觀念。zms2007zms2007zms2007為什么固井技術(shù)有研究不完的課題為什么固井技術(shù)有研究不完的課題現(xiàn)代固井技術(shù)詮釋現(xiàn)代固井技術(shù)詮釋3. 從固井的發(fā)展史來看，固井中的重大問題是逐步被認(rèn)識的。盡管在上世紀(jì)從固井的發(fā)展史來看，固井中的重大問題是逐步被認(rèn)識的。盡管在上世紀(jì)40年代發(fā)現(xiàn)高溫下水泥強(qiáng)度衰退，年代發(fā)現(xiàn)高溫下水泥強(qiáng)度衰退，60年代發(fā)現(xiàn)固井后氣竄等等，但都沒有得到年代發(fā)現(xiàn)固井后氣竄等等，但都沒有得到完善的解釋和徹底的解決辦

4、法。固井理論是在逐步發(fā)展，固井方法是在逐步完善的解釋和徹底的解決辦法。固井理論是在逐步發(fā)展，固井方法是在逐步完善的。完善的。 固井理論和工藝只有在實(shí)踐中得到發(fā)展，也只有在實(shí)踐中得到提高。固井理論和工藝只有在實(shí)踐中得到發(fā)展，也只有在實(shí)踐中得到提高。 因此固井技術(shù)有研究不完的課題。因此固井技術(shù)有研究不完的課題。4. 現(xiàn)代固井理論的應(yīng)用和發(fā)展完善了對固井重大問題的解釋，現(xiàn)代固井理論的應(yīng)用和發(fā)展完善了對固井重大問題的解釋， 促進(jìn)了現(xiàn)代固井技術(shù)中特別是高溫高壓深井固井、高壓氣層固井、促進(jìn)了現(xiàn)代固井技術(shù)中特別是高溫高壓深井固井、高壓氣層固井、 特殊固井、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、水泥漿設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)方法的發(fā)展和創(chuàng)新。這特殊

5、固井、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、水泥漿設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)方法的發(fā)展和創(chuàng)新。這 就是現(xiàn)代固井技術(shù)的含義。就是現(xiàn)代固井技術(shù)的含義。 5. 固井技術(shù)沒有固定的模式。固井技術(shù)沒有固定的模式?，F(xiàn)代固井技術(shù)的理論基礎(chǔ)和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)代固井技術(shù)的理論基礎(chǔ)和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)為固井為固井 工程師提供的是固井的新理念新方法、新概念工程師提供的是固井的新理念新方法、新概念發(fā)展和創(chuàng)新的思維。發(fā)展和創(chuàng)新的思維。 zms2007zms2007zms2007現(xiàn)代固井技術(shù)的理論基礎(chǔ)和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)代固井技術(shù)的理論基礎(chǔ)和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)第一部分第一部分 現(xiàn)代固井技術(shù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)現(xiàn)代固井技術(shù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)第二部分第二部分 現(xiàn)代固井技術(shù)在現(xiàn)場的使用經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)代固井技術(shù)在現(xiàn)場的使

6、用經(jīng)驗(yàn) 第三部分第三部分 現(xiàn)代固井技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用的技術(shù)保證現(xiàn)代固井技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用的技術(shù)保證 zms2007zms2007zms2007第一部分第一部分 現(xiàn)代固井技術(shù)現(xiàn)代固井技術(shù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)發(fā)展的理論基礎(chǔ)zms2007zms2007zms2007第一部分第一部分 現(xiàn)代固井技術(shù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)現(xiàn)代固井技術(shù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)一、一、API標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)固井技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)固井技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展二、波特蘭水泥的應(yīng)用改變固井落后面貌二、波特蘭水泥的應(yīng)用改變固井落后面貌三、專家、學(xué)者的重大發(fā)現(xiàn)，迅速發(fā)展現(xiàn)代固井技術(shù)三、專家、學(xué)者的重大發(fā)現(xiàn)，迅速發(fā)展現(xiàn)代固井技術(shù)四、鉆井和勘探的縱深發(fā)展挑戰(zhàn)著固井作業(yè)難題四、鉆井和勘

7、探的縱深發(fā)展挑戰(zhàn)著固井作業(yè)難題五、現(xiàn)代固井技術(shù)在實(shí)踐中形成的新觀念進(jìn)一步推動現(xiàn)五、現(xiàn)代固井技術(shù)在實(shí)踐中形成的新觀念進(jìn)一步推動現(xiàn)代固井技術(shù)的發(fā)展代固井技術(shù)的發(fā)展zms2007zms2007zms2007一、一、API標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)固井的進(jìn)步與發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)固井的進(jìn)步與發(fā)展1. API1. API（American Petroleum Institute) American Petroleum Institute) 于于19371937年成立。年成立。 API API 的成立標(biāo)志著石油工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。的成立標(biāo)志著石油工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。 API API 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為國際范圍的石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包含固井作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

8、標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為國際范圍的石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包含固井作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 2. 2. 在固井技術(shù)上在固井技術(shù)上 研制了更多更好的波特蘭水泥，現(xiàn)今已有研制了更多更好的波特蘭水泥，現(xiàn)今已有8 8個(gè)級別，個(gè)級別，19841984年年 已規(guī)范了水泥的物理、化學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)已規(guī)范了水泥的物理、化學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 水泥添加劑在固井工藝的發(fā)展過程中起著重要的作用，為了水泥添加劑在固井工藝的發(fā)展過程中起著重要的作用，為了 適當(dāng)?shù)厥褂酶鞣N級別的水泥而研制了多種添加劑以便調(diào)節(jié)水適當(dāng)?shù)厥褂酶鞣N級別的水泥而研制了多種添加劑以便調(diào)節(jié)水 泥漿性能，據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)今世界上添加劑已發(fā)展到泥漿性能，據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)今世界上添加劑已發(fā)展到1313類類5

9、00500多種。多種。 zms2007zms2007zms2007API標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)固井的進(jìn)步與發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)固井的進(jìn)步與發(fā)展水泥漿設(shè)計(jì)技術(shù)得到顯著的進(jìn)步，早期的平均候凝水泥漿設(shè)計(jì)技術(shù)得到顯著的進(jìn)步，早期的平均候凝 時(shí)間為時(shí)間為10天最長的天最長的28天，直到天，直到1961年國際上平均候年國際上平均候 凝時(shí)間仍達(dá)凝時(shí)間仍達(dá)24小時(shí)。當(dāng)然由于新技術(shù)的出現(xiàn)已縮短小時(shí)。當(dāng)然由于新技術(shù)的出現(xiàn)已縮短 短到短到8hr甚至甚至6hr1939年國際上研制成功了高溫高壓稠化儀年國際上研制成功了高溫高壓稠化儀 ，它是用，它是用 于水泥漿設(shè)計(jì)最突出的測試儀器于水泥漿設(shè)計(jì)最突出的測試儀器 之一，之一，50年代后成年代后成

10、 為為API規(guī)范規(guī)范10的部分標(biāo)準(zhǔn)。的部分標(biāo)準(zhǔn)。zms2007zms2007zms2007API標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)固井的進(jìn)步與發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)固井的進(jìn)步與發(fā)展固井前的井眼準(zhǔn)備和調(diào)節(jié)的重要性得到認(rèn)固井前的井眼準(zhǔn)備和調(diào)節(jié)的重要性得到認(rèn) 識和應(yīng)用，提高固井質(zhì)量的議題被提到議識和應(yīng)用，提高固井質(zhì)量的議題被提到議 事日程上。事日程上。 注水泥施工和監(jiān)測儀器得到很大的發(fā)展，因注水泥施工和監(jiān)測儀器得到很大的發(fā)展，因 而這就使施工人員能夠及時(shí)地掌握施工情況而這就使施工人員能夠及時(shí)地掌握施工情況 ，并根據(jù)需要改變施工措施以提高施工的成，并根據(jù)需要改變施工措施以提高施工的成 功率。功率。zms2007zms2007zms200

11、7API標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)固井的進(jìn)步與發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)固井的進(jìn)步與發(fā)展3. 固井作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：固井作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)： 水泥等級標(biāo)準(zhǔn)水泥等級標(biāo)準(zhǔn) 水泥檢驗(yàn)方法水泥檢驗(yàn)方法 水泥漿試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)水泥漿試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 井底循環(huán)溫度標(biāo)準(zhǔn)（井底循環(huán)溫度標(biāo)準(zhǔn)（1984年）年） 水泥漿化驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)水泥漿化驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn) 套管性能標(biāo)準(zhǔn)套管性能標(biāo)準(zhǔn) 水泥漿在套管內(nèi)和環(huán)形空間流變性能水泥漿在套管內(nèi)和環(huán)形空間流變性能 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn) （1990年）等等。年）等等。 zms2007zms2007zms2007二、波特蘭水泥的應(yīng)用改變固井落后面貌二、波特蘭水泥的應(yīng)用改變固井落后面貌關(guān)于波特蘭水泥關(guān)于波特蘭水泥 從世界水泥的發(fā)展史知道，波特蘭水泥是從世界水泥的

12、發(fā)展史知道，波特蘭水泥是1824年由年由 Joseph Aspdin 研制的。它是由石灰石和黏土混合后煅燒而成研制的。它是由石灰石和黏土混合后煅燒而成的人造膠凝物，含有硅酸鹽物質(zhì)。的人造膠凝物，含有硅酸鹽物質(zhì)。Aspdin 稱它為波特蘭水泥是稱它為波特蘭水泥是因?yàn)樗毯箢愃朴趶挠Ｖ胁ㄌ靥m島上開采的石頭。因?yàn)樗毯箢愃朴趶挠Ｖ胁ㄌ靥m島上開采的石頭。 波特蘭水泥是最典型的常用的水硬水泥，由于配制的水泥漿可波特蘭水泥是最典型的常用的水硬水泥，由于配制的水泥漿可 泵性好，又容易在水下環(huán)境中硬化，因此是油井注水泥的理想材泵性好，又容易在水下環(huán)境中硬化，因此是油井注水泥的理想材料。料。 1

13、903年，波特蘭水泥第一次用于油井封固水層。到年，波特蘭水泥第一次用于油井封固水層。到1917年普遍年普遍 用于油井固井。用于油井固井。 直到有了石油工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)后，波特蘭水泥的生產(chǎn)更迅速，應(yīng)用更直到有了石油工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)后，波特蘭水泥的生產(chǎn)更迅速，應(yīng)用更廣泛。廣泛。API標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)以來所有的固井施工都使用波特蘭水泥。標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)以來所有的固井施工都使用波特蘭水泥。zms2007zms2007zms2007關(guān)于波特蘭水泥關(guān)于波特蘭水泥 1937年年API學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)化委員會成立以后將波特蘭水泥學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)化委員會成立以后將波特蘭水泥規(guī)范為規(guī)范為8個(gè)級別：個(gè)級別：A B C D E F G H。 其中其中A B C

14、 G H 級是常用水泥。級是常用水泥。 G H級是基本水泥。級是基本水泥。zms2007zms2007zms2007波特蘭水泥的主要特性波特蘭水泥的主要特性 1824 1824年波特蘭（年波特蘭（Portland)Portland)水泥研制成功，水泥研制成功，19031903年波特蘭年波特蘭水泥第一次用于油井封固水層。波特蘭水泥是硅酸鹽物水泥第一次用于油井封固水層。波特蘭水泥是硅酸鹽物質(zhì)的人造膠凝物，是最典型的常用水硬水泥。在波特蘭質(zhì)的人造膠凝物，是最典型的常用水硬水泥。在波特蘭水泥研制成功的前后，使用普通的水泥研制成功的前后，使用普通的 建筑水泥固井必須候建筑水泥固井必須候 凝凝2828天才

15、能恢復(fù)鉆進(jìn)，而且稠化時(shí)間極短產(chǎn)生強(qiáng)度的時(shí)天才能恢復(fù)鉆進(jìn)，而且稠化時(shí)間極短產(chǎn)生強(qiáng)度的時(shí)間很長。使用波特蘭水泥后固井面貌大為改觀，雖然也間很長。使用波特蘭水泥后固井面貌大為改觀，雖然也經(jīng)歷過經(jīng)歷過24Hr24Hr的候凝時(shí)間近半個(gè)世紀(jì)，隨著添加劑的使用的候凝時(shí)間近半個(gè)世紀(jì)，隨著添加劑的使用候凝時(shí)間大大地縮短了，當(dāng)今固井后候凝時(shí)間大大地縮短了，當(dāng)今固井后6Hr6Hr測固井質(zhì)量是普測固井質(zhì)量是普遍的，不候凝技術(shù)也正在應(yīng)用。對波特蘭水泥的研究也遍的，不候凝技術(shù)也正在應(yīng)用。對波特蘭水泥的研究也在深入進(jìn)行，由于它存在的特性已成為發(fā)展高溫高壓井在深入進(jìn)行，由于它存在的特性已成為發(fā)展高溫高壓井固井技術(shù)和氣層固井防

16、竄技術(shù)等的理論基礎(chǔ)。它最主要固井技術(shù)和氣層固井防竄技術(shù)等的理論基礎(chǔ)。它最主要的特性如下：的特性如下：zms2007zms2007zms2007波特蘭水泥的主要特性波特蘭水泥的主要特性 1. 波特蘭水泥在水化過程靜壓降低波特蘭水泥在水化過程靜壓降低 2. 波特蘭水泥在高溫下強(qiáng)度衰退波特蘭水泥在高溫下強(qiáng)度衰退 3. 高密度水泥漿不穩(wěn)定高密度水泥漿不穩(wěn)定 4. 高溫水泥漿稠化時(shí)間突變。等等高溫水泥漿稠化時(shí)間突變。等等。zms2007zms2007zms20071. 波特蘭水泥在水化過程靜壓降低波特蘭水泥在水化過程靜壓降低 根據(jù)試驗(yàn)，水泥漿水化根據(jù)試驗(yàn)，水泥漿水化1 1：00hr00hr后，水泥漿柱靜

17、后，水泥漿柱靜壓會變?yōu)榛旌纤撵o壓。水化過程如果環(huán)空靜壓總和壓會變?yōu)榛旌纤撵o壓。水化過程如果環(huán)空靜壓總和小于地層壓力就會造成氣竄。固井后井口環(huán)空施加回小于地層壓力就會造成氣竄。固井后井口環(huán)空施加回壓正是為了解決靜壓下降問題。為發(fā)展防竄工藝技術(shù)壓正是為了解決靜壓下降問題。為發(fā)展防竄工藝技術(shù)提供了依據(jù)。大量的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)形成了如下的結(jié)論：固提供了依據(jù)。大量的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)形成了如下的結(jié)論：固井全過程維持環(huán)空靜壓總和大于地層壓力是防竄的新井全過程維持環(huán)空靜壓總和大于地層壓力是防竄的新理念。理念。zms2007zms2007zms20072. 波特蘭水泥在高溫下強(qiáng)度衰退波特蘭水泥在高溫下強(qiáng)度衰退 在高溫下強(qiáng)度

18、衰退是在高溫下強(qiáng)度衰退是API波特蘭水泥具有的特性之波特蘭水泥具有的特性之一。這個(gè)特性是在一。這個(gè)特性是在1935年被發(fā)現(xiàn)的。波特蘭水泥強(qiáng)度年被發(fā)現(xiàn)的。波特蘭水泥強(qiáng)度衰退與如下原因有關(guān)：衰退與如下原因有關(guān)： （1） 波特蘭水泥的成分波特蘭水泥的成分 （2） 衰退的根本原因衰退的根本原因 （3） 衰退的主要特征衰退的主要特征 （4） 解決的辦法解決的辦法zms2007zms2007zms2007波特蘭水泥由如下四種熟料組成波特蘭水泥由如下四種熟料組成1. 硅酸三鈣硅酸三鈣- - 3CaO.SiO2簡寫簡寫C3S (強(qiáng)度）強(qiáng)度）2. 硅酸二鈣硅酸二鈣- 2CaO.SiO2簡寫簡寫C2S （緩凝，稠

19、化時(shí)間）（緩凝，稠化時(shí)間） 3. 鋁酸三鈣鋁酸三鈣- 3CaO.Al2O3簡寫簡寫C3A （早強(qiáng)）（早強(qiáng)） 4. 鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣-4CaO. Al2O3 Fe2O3 簡寫簡寫C4AFzms2007zms2007zms2007波特蘭水泥波特蘭水泥強(qiáng)度衰退強(qiáng)度衰退 波特蘭水泥實(shí)質(zhì)上是硅酸鈣材料。通常占材料總量波特蘭水泥實(shí)質(zhì)上是硅酸鈣材料。通常占材料總量的80%，主要成分是，主要成分是C3S和和C2S。這兩種化合物的水化物。這兩種化合物的水化物都是硅酸鈣都是硅酸鈣(CS)的水化物和氫氧化鈣的水化物和氫氧化鈣(CH)，即，即 2 C3S+6H C3S2H3+3CH2 C2S+4H C2S3H3+

20、CH 通常稱為通常稱為“CSH凝膠凝膠”（硅酸鈣凝膠）在常溫（硅酸鈣凝膠）在常溫 下穩(wěn)定，在高溫下變質(zhì)，強(qiáng)度下降滲透率增大。這種下穩(wěn)定，在高溫下變質(zhì)，強(qiáng)度下降滲透率增大。這種現(xiàn)象稱作現(xiàn)象稱作“強(qiáng)度衰退強(qiáng)度衰退”（Strength retrogression) 波特蘭水泥強(qiáng)度衰退的臨界溫度是波特蘭水泥強(qiáng)度衰退的臨界溫度是 110（230 ）zms2007zms2007zms2007水泥強(qiáng)度衰退的根本原因水泥強(qiáng)度衰退的根本原因 水泥水化后硅酸鈣水合物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化水泥水化后硅酸鈣水合物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 高溫轉(zhuǎn)化高溫轉(zhuǎn)化 3CaO22SiO23H2O-（ -C2SH） -硅酸二鈣水合物硅酸二鈣水合物結(jié)構(gòu)強(qiáng)

21、度降低和對水滲透率結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低和對水滲透率增加。增加。（油井水泥對水的滲透率應(yīng)小于（油井水泥對水的滲透率應(yīng)小于0.1md,但但G級水級水泥在一個(gè)月內(nèi)，其滲透率增加泥在一個(gè)月內(nèi)，其滲透率增加10100倍。）倍。）zms2007zms2007zms2007強(qiáng)度衰退的主要特征強(qiáng)度衰退的主要特征a 強(qiáng)度降低強(qiáng)度降低 Class H cement 290 (143) 4400psi/24hr.-2600psi/7dayb 滲透率增加滲透率增加 Class H cement 320 (160) 0.031md/3day-4.58md/28dayzms2007zms2007zms2007水泥強(qiáng)度衰退解決辦法

22、水泥強(qiáng)度衰退解決辦法在水泥中加硅粉處理在水泥中加硅粉處理 硅粉在高溫下參與化學(xué)反應(yīng)，生成硅酸硅粉在高溫下參與化學(xué)反應(yīng)，生成硅酸一鈣水化鈣水化 物，阻止物，阻止 （ -C2SH）生成，保持水泥強(qiáng)度。生成，保持水泥強(qiáng)度。 常規(guī)密度（常規(guī)密度（1.90g/mL) 用用200目目35% (BWOC) 高密度漿高密度漿(1.90g/mL) 用用100目目35% (BWOC) 高溫水泥漿設(shè)計(jì)的新舉措高溫水泥漿設(shè)計(jì)的新舉措 在同一個(gè)水泥漿體系中：在同一個(gè)水泥漿體系中： 細(xì)目硅粉細(xì)目硅粉17.5%（BWOC） 粗目硅粉粗目硅粉17.5%（BWOC zms2007zms2007zms20073. 3. 高密度水

23、泥漿不穩(wěn)定高密度水泥漿不穩(wěn)定1） 高密度（密度大于高密度（密度大于1.90g/cm3，需要加進(jìn)加重材料，需要加進(jìn)加重材料)水泥漿不穩(wěn)定是高溫高壓深井固井的最大難題，是水泥漿不穩(wěn)定是高溫高壓深井固井的最大難題，是波特蘭水泥的特殊性之一波特蘭水泥的特殊性之一2） 高密度材料缺乏自身和對其它材料的懸浮作用高密度材料缺乏自身和對其它材料的懸浮作用3） 謀求水泥漿懸浮能力的材料與配漿工藝是攻克高溫謀求水泥漿懸浮能力的材料與配漿工藝是攻克高溫高壓深井的關(guān)鍵高壓深井的關(guān)鍵zms2007zms2007zms20074. 高溫水泥漿稠化時(shí)間突變高溫水泥漿稠化時(shí)間突變原因分析原因分析1）只有在高溫條件下稠化時(shí)間只

24、有在高溫條件下稠化時(shí)間可能出現(xiàn)突變，可能出現(xiàn)突變，突變的突變的規(guī)律是規(guī)律是 溫度升高，稠化時(shí)間縮短。其根本原因是溫度升高，稠化時(shí)間縮短。其根本原因是“提高溫度加快水泥的水化速度提高溫度加快水泥的水化速度”。 因此溫度的變化是稠化時(shí)間突變的直接原因。因此溫度的變化是稠化時(shí)間突變的直接原因。2）井底循環(huán)溫度（井底循環(huán)溫度（BHCTBHCT）超過）超過120120稠化時(shí)間有突變稠化時(shí)間有突變 的可能，可以認(rèn)為它是稠化時(shí)間突變的臨界溫度。的可能，可以認(rèn)為它是稠化時(shí)間突變的臨界溫度。3 3）從臨界溫度起井底循環(huán)溫度每）從臨界溫度起井底循環(huán)溫度每55的變化，稠化時(shí)間的變化，稠化時(shí)間 將有大幅的變化。將有大

25、幅的變化。4 4）因?yàn)槟透邷厮鄬ξ⑿〉幕瘜W(xué)變化反應(yīng)敏感）因?yàn)槟透邷厮鄬ξ⑿〉幕瘜W(xué)變化反應(yīng)敏感 多數(shù)的添加劑在高溫下不穩(wěn)定。多數(shù)的添加劑在高溫下不穩(wěn)定。zms2007zms2007zms2007高溫水泥漿稠化時(shí)間突變高溫水泥漿稠化時(shí)間突變（突變典型例子）突變典型例子）水泥漿組成水泥漿組成 稠化時(shí)間（稠化時(shí)間（min)150156161膨潤土加緩凝劑膨潤土加緩凝劑725460250尾隨漿加緩凝劑尾隨漿加緩凝劑500368179zms2007zms2007zms2007高溫水泥漿稠化時(shí)間突變的預(yù)防高溫水泥漿稠化時(shí)間突變的預(yù)防1. 1. 正確選用合適的添加劑，添加劑的選擇主要決定于境地正確選用合適

26、的添加劑，添加劑的選擇主要決定于境地 循環(huán)溫度（循環(huán)溫度（BHCTBHCT） 如果如果BHCT估算不準(zhǔn)確將會影響對緩凝劑的正確選擇估算不準(zhǔn)確將會影響對緩凝劑的正確選擇 使用使用API標(biāo)準(zhǔn)，可是舊的標(biāo)準(zhǔn)，可是舊的API標(biāo)準(zhǔn)受地區(qū)影響，誤差標(biāo)準(zhǔn)受地區(qū)影響，誤差 過大（過大（020），因此不能使，因此不能使 用用 使用經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，卻不符合井底實(shí)際情況使用經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，卻不符合井底實(shí)際情況2. 2. 四種鮮為人知的四種鮮為人知的 BHCT BHCT 計(jì)算模式，它將結(jié)束固井工程師計(jì)算模式，它將結(jié)束固井工程師 設(shè)計(jì)中的苦惱。設(shè)計(jì)中的苦惱。3. 3. 高溫水泥漿設(shè)計(jì)必須使用以高溫水泥漿設(shè)計(jì)必須使用以BPB

27、P為核心的水泥漿質(zhì)量檢驗(yàn)為核心的水泥漿質(zhì)量檢驗(yàn) 體系檢驗(yàn)稠化時(shí)間突變。體系檢驗(yàn)稠化時(shí)間突變。zms2007zms2007zms2007波特蘭水泥的特性對添加劑發(fā)展的激化作用波特蘭水泥的特性對添加劑發(fā)展的激化作用國際上水泥添加劑的發(fā)展概況國際上水泥添加劑的發(fā)展概況1. 高溫井向波特蘭水泥提出了設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)課題。高溫井向波特蘭水泥提出了設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)課題。 油井水泥的物理與化學(xué)性能隨溫度與壓力的升高而變油井水泥的物理與化學(xué)性能隨溫度與壓力的升高而變 化。化。2. 復(fù)雜地層對水泥漿性能提出挑戰(zhàn)性課題。復(fù)雜地層對水泥漿性能提出挑戰(zhàn)性課題。 除了溫度與壓力因素與水泥接觸的地層的物理與化學(xué)除了溫度與壓力因素與水泥接

28、觸的地層的物理與化學(xué) 性質(zhì)也重要的因素，固井水泥還要能夠?qū)Ω妒杷傻貙有再|(zhì)也重要的因素，固井水泥還要能夠?qū)Ω妒杷傻貙?、多孔隙地層及腐蝕性液體和高壓地層流體，但是、多孔隙地層及腐蝕性液體和高壓地層流體，但是 如果不精心改進(jìn)波特蘭水泥設(shè)計(jì)方案，水泥石就要失如果不精心改進(jìn)波特蘭水泥設(shè)計(jì)方案，水泥石就要失 去強(qiáng)度，而產(chǎn)生滲透率，結(jié)果使地層封隔失敗。去強(qiáng)度，而產(chǎn)生滲透率，結(jié)果使地層封隔失敗。 3. 要調(diào)節(jié)波特蘭水泥性能必須開發(fā)添加劑。要調(diào)節(jié)波特蘭水泥性能必須開發(fā)添加劑。zms2007zms2007zms2007國際上水泥添加劑的發(fā)展概況國際上水泥添加劑的發(fā)展概況（當(dāng)今已發(fā)展到當(dāng)今已發(fā)展到13種，種，12

29、4類型）類型）1. 速凝劑：如氯化鈉、氯化鈣、硅酸鈉等速凝劑：如氯化鈉、氯化鈣、硅酸鈉等2. 充填劑：膨潤土、天然火山灰、硅煙等充填劑：膨潤土、天然火山灰、硅煙等3. 防強(qiáng)度衰退材料：硅粉等防強(qiáng)度衰退材料：硅粉等4. 分散劑：檸檬酸、聚奈黃酸鹽、聚合物分散劑：檸檬酸、聚奈黃酸鹽、聚合物5.提高膠結(jié)力材料：乳膠等提高膠結(jié)力材料：乳膠等6.緩凝劑：木質(zhì)素磺酸鹽等緩凝劑：木質(zhì)素磺酸鹽等7. 降失水劑：乳膠、高溫聚合物等降失水劑：乳膠、高溫聚合物等zms2007zms2007zms2007國際上水泥添加劑的發(fā)展概況國際上水泥添加劑的發(fā)展概況（當(dāng)今已發(fā)展到當(dāng)今已發(fā)展到13種，種，124類型）類型）8.

30、防氣竄添加劑：乳膠型苯乙烯和丁二烯共聚物、乳膠防氣竄添加劑：乳膠型苯乙烯和丁二烯共聚物、乳膠型聚丙烯和硅煙等型聚丙烯和硅煙等9. 防炮和消泡劑：高分子量醇、聚醇、硅酮等防炮和消泡劑：高分子量醇、聚醇、硅酮等10. 防漏劑：柴油般土、硅酸鈉溶液等防漏劑：柴油般土、硅酸鈉溶液等11. 加重材料：硅粉、鈦鐵礦、赤鐵礦等加重材料：硅粉、鈦鐵礦、赤鐵礦等12.懸浮劑：般土粉、錳礦粉等懸浮劑：般土粉、錳礦粉等13.隔離液：硅酸鈉和海泡石等等。隔離液：硅酸鈉和海泡石等等。zms2007zms2007zms2007 三、專家、學(xué)者的重大發(fā)現(xiàn)三、專家、學(xué)者的重大發(fā)現(xiàn)迅速發(fā)展現(xiàn)代固井技術(shù)迅速發(fā)展現(xiàn)代固井技術(shù)1.

31、國際上固井技術(shù)專業(yè)公司逐步出現(xiàn)。國際上固井技術(shù)專業(yè)公司逐步出現(xiàn)。 國際上固井技術(shù)專業(yè)公司在它的發(fā)展過程都有自己的研究機(jī)構(gòu)，國際上固井技術(shù)專業(yè)公司在它的發(fā)展過程都有自己的研究機(jī)構(gòu)，從事對公司的設(shè)備、添加劑、工具和生產(chǎn)技術(shù)的研究以提高他們從事對公司的設(shè)備、添加劑、工具和生產(chǎn)技術(shù)的研究以提高他們的競爭力，他們的研究過程和施工過程不斷有新的和重大發(fā)現(xiàn)，的競爭力，他們的研究過程和施工過程不斷有新的和重大發(fā)現(xiàn)，他們的研究成果促進(jìn)了世界固井技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。他們的研究成果促進(jìn)了世界固井技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。2. 專家和學(xué)者的重大發(fā)現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)諸如：專家和學(xué)者的重大發(fā)現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)諸如： 高溫下波特蘭水泥強(qiáng)度衰退；

32、高溫下波特蘭水泥強(qiáng)度衰退； 固井后氣竄；高溫水泥漿稠化時(shí)間固井后氣竄；高溫水泥漿稠化時(shí)間突變；高密度水泥漿不穩(wěn)定；混合水延遲使用失效；突變；高密度水泥漿不穩(wěn)定；混合水延遲使用失效； 波特蘭水泥波特蘭水泥易受地層水的破壞；水泥漿體系與地層的相互作用等。易受地層水的破壞；水泥漿體系與地層的相互作用等。zms2007zms2007zms2007專家和學(xué)者的重大發(fā)現(xiàn)的意義專家和學(xué)者的重大發(fā)現(xiàn)的意義3. 這些發(fā)現(xiàn)為我們發(fā)展這些發(fā)現(xiàn)為我們發(fā)展 高溫高壓井固井技術(shù)高溫高壓井固井技術(shù) 防氣竄固井工藝技術(shù)防氣竄固井工藝技術(shù) 水泥漿設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)新技術(shù)水泥漿設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)新技術(shù) 特殊固井工藝技術(shù)特殊固井工藝技術(shù) 確立油井

33、百年大計(jì)始于固井的觀念而奠定了基礎(chǔ)。確立油井百年大計(jì)始于固井的觀念而奠定了基礎(chǔ)。zms2007zms2007zms2007四、鉆井和勘探的縱深發(fā)展四、鉆井和勘探的縱深發(fā)展 挑戰(zhàn)著固井作業(yè)難題挑戰(zhàn)著固井作業(yè)難題 挑戰(zhàn)著固井作業(yè)難題挑戰(zhàn)著固井作業(yè)難題1. 隨著井深的縱深發(fā)展和地區(qū)的差異，出現(xiàn)了高溫高壓隨著井深的縱深發(fā)展和地區(qū)的差異，出現(xiàn)了高溫高壓 深井固井難題；深井固井難題；2. 氣竄的復(fù)雜現(xiàn)象在鉆井、固井和完井過程都可能出氣竄的復(fù)雜現(xiàn)象在鉆井、固井和完井過程都可能出 已成為固井工藝的難題；已成為固井工藝的難題；3. 由于井況的復(fù)雜化水泥漿體系的設(shè)計(jì)成為固井的主要由于井況的復(fù)雜化水泥漿體系的設(shè)計(jì)成

34、為固井的主要 難題；難題；4. 由于地區(qū)的差異地層中大段、多套巖鹽層已成為固井由于地區(qū)的差異地層中大段、多套巖鹽層已成為固井 難題；難題；zms2007zms2007zms2007 挑戰(zhàn)著固井作業(yè)難題挑戰(zhàn)著固井作業(yè)難題5. 高壓鹽水層固井問題相當(dāng)突出；高壓鹽水層固井問題相當(dāng)突出；6. 窄壓力窗口（易漏易噴）井在很多的地層中存在已成窄壓力窗口（易漏易噴）井在很多的地層中存在已成 為的固井難題；為的固井難題；7. 高溫深井中尾管作業(yè)出現(xiàn)長封固段上下溫差超過高溫深井中尾管作業(yè)出現(xiàn)長封固段上下溫差超過30 已成為水泥漿設(shè)計(jì)難題；已成為水泥漿設(shè)計(jì)難題；8. 高含高含H2S、CO2 井對固井質(zhì)量將有嚴(yán)重影

35、響，采取什井對固井質(zhì)量將有嚴(yán)重影響，采取什 么對策，已成為固井難題。么對策，已成為固井難題。 等等。等等。zms2007zms2007zms2007發(fā)展新的固井技術(shù)體系發(fā)展新的固井技術(shù)體系1. 發(fā)展高溫高壓深井固井技術(shù)發(fā)展高溫高壓深井固井技術(shù)。開發(fā)新產(chǎn)品，突破高溫。開發(fā)新產(chǎn)品，突破高溫 高壓井作業(yè)中難度最大的高密度水泥漿不穩(wěn)定問題。高壓井作業(yè)中難度最大的高密度水泥漿不穩(wěn)定問題。 2. 發(fā)展氣層固井工藝技術(shù)發(fā)展氣層固井工藝技術(shù)。確立氣層固井防竄工藝核心。確立氣層固井防竄工藝核心 理論。最低限度地降低水泥結(jié)構(gòu)滲透率，徹底解決氣理論。最低限度地降低水泥結(jié)構(gòu)滲透率，徹底解決氣 竄問題，竄問題，3 . 創(chuàng)新水泥漿新的檢驗(yàn)體系創(chuàng)新水泥漿新的檢驗(yàn)體系。建立有利于施工安全、。建立有利于施工安全、 固井質(zhì)量優(yōu)良的水泥漿特殊檢驗(yàn)體系。固井質(zhì)量優(yōu)良的水泥漿特殊檢驗(yàn)體系。4. 對巖鹽層固井有新的方法對巖鹽層固井有新的方法。新型的水泥漿體系一舉解。新型的水泥漿體系一舉解 決鹽層固井作業(yè)兩大問題（可溶性和塑性移動）決鹽層固井作業(yè)兩大問題（可溶性和塑性移動） zms2007zms2007zms2007發(fā)展新的固井技術(shù)體系發(fā)展新的固井技術(shù)體系5. 創(chuàng)新非常規(guī)套管結(jié)構(gòu)小間隙固井方法創(chuàng)新非常規(guī)套管結(jié)構(gòu)小間隙固井