低密度固井技術(shù)

關(guān)于低密度固井技術(shù)第1頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三目錄

1、前言2、減輕劑的種類(lèi)3、低密度水泥漿的設(shè)計(jì)方法4、常用的低密度水泥漿體系與應(yīng)用第2頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三低密度水泥漿固井主要解決以下問(wèn)題：(1)防止易漏地層發(fā)生注水泥漏失；(2)能形成較長(zhǎng)的封固段，減少自由段，保護(hù)套管；(3)減少液柱壓差，保護(hù)油氣層。使用正常的水灰比配制出的純水泥漿的密度一般大于1.80g/cm3。但是，在易發(fā)生漏失地層和低壓裂梯度的地層中，就不能承受如此高密度水泥漿的長(zhǎng)液柱壓力，為此，使用減輕劑來(lái)降低水泥漿的密度，所以，在很多特殊地層的固井作業(yè)中，我們采取低密度水泥漿體系固井。1、前言第3頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三常用的減輕劑有：漂珠、膨脹珍珠巖粉、硅酸鈉、硬瀝青、粉煤灰、硅藻土、沸石、微硅，膨潤(rùn)土等。2.1漂珠漂珠——漂珠是應(yīng)用最普遍的的水泥減輕材料。2、減輕劑的種類(lèi)漂珠的主要成分是SiO2，珠內(nèi)被封閉的氣體為N2和CO2。漂珠外殼是由含硅鋁的玻璃體組成，故具有一定的活性，能與水泥水化析出的Ca(OH)2或CaSO4作用，生成具有膠凝性質(zhì)的化合物，提高其強(qiáng)度。第4頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三其主要的性能參數(shù)為：第5頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.2硅藻土硅藻土——是沉積形成的一種多孔、質(zhì)輕、極易研成粉末的礦產(chǎn)。它結(jié)構(gòu)細(xì)微，由許多硅藻的硅質(zhì)空殼組成，因此孔隙率高，且具有較強(qiáng)的吸附性和化學(xué)惰性。由于硅藻土密度低（2.10～2.20g/cm3），比表面積大，吸水量大，因此可有效地降低水泥漿密度。硅藻土中的SiO2含量較大（85～90%），SiO2能與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng)，生成水化硅酸鈣凝膠，從而促進(jìn)水泥水化和水泥石強(qiáng)度的發(fā)展。2.3微硅微硅——是生產(chǎn)鐵硅合金的副產(chǎn)品，密度為2.1～2.6g/cm3，是一種較好的減輕材料，具有極小的顆粒細(xì)度，需要有大量的水潤(rùn)濕其表面，相對(duì)地降低水泥漿密度。由于微硅顆粒細(xì)小，它在水泥顆粒之間起填第6頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三塞作用，從而改善了水泥石的微觀結(jié)構(gòu)，增加了水泥石的致密性，降低了水泥石的滲透率，減少了水泥漿的析水和失水量，并有防腐和穩(wěn)定水泥漿漿體以及抗高溫強(qiáng)度退化的作用。但如果加量過(guò)大，將影響水泥漿的流變性能，影響固井質(zhì)量。由于微硅的SiO2含量高，所以它能提高水泥漿體系的SiO2摩爾含量，防止高溫條件下水泥石強(qiáng)度的衰退。微硅絕大部分顆粒粒徑在0.02～0.5μm之間。2.4膨潤(rùn)土膨潤(rùn)土——膨潤(rùn)土密度為2.60～2.70g/cm3，是最常用的粘土類(lèi)水泥漿減輕劑，主要成分是蒙脫石（NaAl2，AlSi3O10.(OH)2），蒙脫石具有極強(qiáng)的吸水性能，在水中體積可以膨脹幾倍。其造漿率很高，使水泥含水量增大，并由此使水泥漿密度降低。第7頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.5硅酸鈉硅酸鈉——可使水泥漿的密度降到1.70～1.37g/cm3，且析水量小。該體系水泥石的后期強(qiáng)度較低，并且滲透率偏高。其適宜的溫度為50～70℃，在高溫下漿體穩(wěn)定性變差。2.6硬瀝青硬瀝青——常用的天然瀝青或用瀝青氧化法而制得的高軟化點(diǎn)瀝青，其密度為0.9～1.1g/cm3。硬瀝青常與高保水材料（氧化瀝青）復(fù)合使用。加量2.5%～50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）可使水泥漿密度降到1.70～1.37g/cm3。當(dāng)加量較高時(shí)，拌灰困難，故常與膨潤(rùn)土等復(fù)合使用。適用溫度為150℃以下。2.7粉煤灰第8頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三粉煤灰——粉煤灰又稱(chēng)飛灰，密度在2.1g/cm3左右。粉煤灰是火電站煤粉燃過(guò)的灰燼，主要由含二氧化硅的玻璃體組成。用粉煤灰配制水泥漿可使水泥漿的密度降到1.70～1.60g/cm3。粉煤灰低密度水泥體系具有很高的抗腐蝕能力，其水泥石抗壓強(qiáng)度也明顯高于粘土體系。2.8氮?dú)鈱⒌獨(dú)獬淙胨酀{中，通過(guò)加以氣泡劑和穩(wěn)泡劑等表面活性劑，使氮?dú)庑纬删鶆蚣?xì)小的氣泡，即所謂的泡沫水泥漿。泡沫水泥漿的最低密度可達(dá)0.84g/cm3，具有較高的抗壓強(qiáng)度和較低的滲透率。然而，密度低于0.85g/cm3泡沫水泥滲透性增加，其應(yīng)用范圍受到限制。泡沫水泥出現(xiàn)于1979年，它通過(guò)向水泥中注入氣體（通常是氮?dú)猓┑姆椒ㄖ瞥傻兔芏人?，同時(shí)加入表面活性劑和穩(wěn)定劑，以獲得均勻穩(wěn)定的氣泡分布。第9頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三由于泡沫水泥含水量比其他類(lèi)型的低密度水泥要少，所以顯示出良好的抗壓強(qiáng)度。表4泡沫水泥強(qiáng)度頂替模擬試驗(yàn)顯示泡沫水泥極好的泥漿頂替特性，這可能是利用它固有的可壓縮性，浮力作用或它的賦能作用，由于含有壓縮氣體，他在環(huán)空中膨脹，頂替掉它前邊的流體。第10頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.1基本設(shè)計(jì)方法根據(jù)實(shí)際地層壓力等情況確定水泥漿密度及實(shí)驗(yàn)溫度，根據(jù)地層特性決定使用何種減輕劑，然后展開(kāi)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，下面分別以一種減輕劑和復(fù)合減輕劑為例來(lái)說(shuō)明低密度水泥漿的設(shè)計(jì)方法。性能良好的低密度水泥體系要求水泥漿具有以下特征：①良好的穩(wěn)定性，不漂浮、不沉淀；②良好的強(qiáng)度發(fā)展；③較好的流動(dòng)性能；④較低的滲透率；3、低密度水泥漿的設(shè)計(jì)方法第11頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三⑤失水和自由水控制良好。低密度水泥的設(shè)計(jì)關(guān)鍵要控制好水灰比，不同的低密度材料都有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的需水量，而且還要知道材料的絕對(duì)密度即比重，要掌握的原則是在保證水泥漿有良好的流動(dòng)能力的條件下盡量減少水灰比。表1低密度材料的需水量設(shè)計(jì)低密度水泥基本步驟是：①先定基本水泥漿，如G級(jí)水泥的水灰比為0.44,密度1.89；H級(jí)水泥水灰比0.38,密度1.89。第12頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三②按基本公式建立方程，求解出減輕劑加量。以漂珠低密度水泥為例，要配置密度為1.60的水泥漿，水泥量則漂珠加量計(jì)算過(guò)程如下：解一元一次方程可得X=0.09，即漂珠加量是9%。水灰比則為：。③以上推導(dǎo)過(guò)程是比較理想的狀態(tài)，由于減輕劑含雜質(zhì)等原因，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，將計(jì)算結(jié)果作為一個(gè)基本參考，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)減輕劑的加量和水灰比進(jìn)行微調(diào)，使水泥漿達(dá)到要求的流變性能和穩(wěn)定性。第13頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.2用顆粒級(jí)配原理設(shè)計(jì)近幾年國(guó)內(nèi)外開(kāi)始用顆粒級(jí)配原理設(shè)計(jì)低密度水泥。顆粒級(jí)配原理就是優(yōu)化水泥與低密度充填材料之間的粒度分布，使材料之間的堆積比例達(dá)到最大，減少材料顆粒之間的空隙，從而降低水灰比，提高水泥體系的整體性能。所以利用顆粒級(jí)配原理可以設(shè)計(jì)密度很低的水泥漿體系。水泥體系混合物含有一定數(shù)量的顆粒級(jí)別，每個(gè)級(jí)別的粒徑范圍都很窄，在兩個(gè)連續(xù)的粒徑級(jí)別之間，平均直徑占有很高的比例。圖2顆粒級(jí)配示意圖第14頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三堆積系數(shù)（PVF）：堆積體積與絕對(duì)體積的比值)，是衡量顆粒之間達(dá)到給定密實(shí)狀態(tài)時(shí)的相容能力。完全一樣（單分散相）的球形顆粒最完美的堆積方式是正六角形堆積，其PVF可達(dá)0.74。同一種球形顆粒之間任意堆積的PVF是0.64。不同尺寸（多分散相）顆粒堆積時(shí)，PVF較高。因?yàn)樾〕叽珙w粒可以充填于大尺寸顆粒之間的空隙，從而使PVF接近于1。設(shè)計(jì)高性能的低密度油井水泥正是利用這種PVF最大化原理。第15頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三①單一粒徑的顆粒級(jí)配設(shè)球形顆粒構(gòu)成的基本單元是菱形體，所以只要確定菱形體的體積Vf和菱形體內(nèi)各球體的體積Vb，即可確定出堆積體積系數(shù)和孔隙度。設(shè)球形顆粒的半徑為R,每一邊有n個(gè)圓球，則菱形體的邊長(zhǎng)為2nR，菱形體的夾角為θ，可推導(dǎo)出菱形體的體積：菱形體內(nèi)圓球的總體積：則菱形體的孔隙度為：第16頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三當(dāng)θ＝60°時(shí)，φ＝26%，即PVF=0.74當(dāng)θ＝90°時(shí)，φ＝48%，即PVF=0.52所以說(shuō)同一粒徑的顆粒最理想的堆積是正六角型堆積，從上式可以看出，堆積比例與粒徑無(wú)關(guān)。②增加小一級(jí)球的孔隙度變化每4個(gè)球形顆粒構(gòu)成一個(gè)空隙空間，這其中能填入的小球同時(shí)與4個(gè)大球相切，小球的球心應(yīng)位于4個(gè)大球構(gòu)成的四面體的幾何中心，四面體中心與四面體頂點(diǎn)的距離應(yīng)是大球半徑和小球半徑之和，由立體幾何可得出小球半徑r1。增加小球后，顆粒體積變?yōu)榈?7頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三則孔隙度為：以上計(jì)算是假設(shè)同一級(jí)別顆粒是圓形且顆粒大小是完全一致，并且要達(dá)到一定的密實(shí)狀態(tài)才能達(dá)到。但事實(shí)上各種粉末材料的粒徑是在一定范圍內(nèi)按統(tǒng)計(jì)規(guī)律分布。水泥的松散狀態(tài)下的堆積比例一般只在45%左右。用顆粒級(jí)配原理設(shè)計(jì)低密度水泥首先要明確各種材料的粒度分布，和各自的密度，再依據(jù)所需要的密度進(jìn)行比例優(yōu)化。利用顆粒級(jí)配原理設(shè)計(jì)低密度水泥一般需要3種以上的不同顆粒級(jí)別的材料。第18頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三利用顆粒級(jí)配原理設(shè)計(jì)的低密度水泥具有以下特點(diǎn)：①?gòu)?qiáng)度高；②滲透率低；③沉降穩(wěn)定性好，不容易產(chǎn)生分層；4.1漂珠低密度水泥漂珠低密度水泥是國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用最普遍的低密度水泥體系，漂珠與所有級(jí)別的水泥都有很好的相容性，而且漂珠水泥容易混配。但混合過(guò)程保證漂珠不從水泥中分離漂浮最為重要，所以珠必須與水泥干混。漂珠水泥的性能好壞不僅設(shè)計(jì)的水灰比有關(guān)，外加劑的選擇也非常重要。漂珠水泥對(duì)外加劑的要求是：①不會(huì)引起漂珠漂浮，但也不能造成水泥漿增稠；②能控制水泥漿的自由水；③能促進(jìn)水泥漿的早期強(qiáng)度發(fā)展。4、常用的低密度水泥漿體系與應(yīng)用第19頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三⑴FSAM漂珠低密度水泥體系FSAM體系為高分子非滲透降失水劑體系，具有較高活性的親水基團(tuán)，改善了親水性能；有機(jī)硼做交聯(lián)劑，兩者產(chǎn)生反應(yīng)，以鏈狀膠束顆粒形態(tài)存在于水泥漿中，通過(guò)膠束顆粒間的相互吸附，在水泥漿與地層之間形成一層致密的不滲透膜，使水泥漿的API失水很容易地控制在50ml以下。并且膠束顆粒充填在水泥顆粒間的縫隙中，能夠有效地阻止地層流體向井筒的運(yùn)移，達(dá)到防氣竄與水竄的目的。FSAM防竄水泥漿體系是由主劑FSAM、助劑FSAM-L、分散緩凝劑FSAM-R和早強(qiáng)劑共同組成。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)水泥漿性能參數(shù)見(jiàn)表2,可以看出FSAM水泥漿體系的API失水、流變性能、24小時(shí)抗壓強(qiáng)度以及稠化過(guò)渡時(shí)間都能控制在理想的水平。第20頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三表2FSAM體系的常規(guī)實(shí)驗(yàn)性能注：括號(hào)內(nèi)為稠度30BC到100BC的過(guò)渡時(shí)間配方:①嘉華G級(jí)+8%FSAM+0.03%FSAM-L+0.3%FSAM-R+0.12%FSAM-A+10%漂珠+60%水②嘉華G+8%FSAM+0.023%FSAM-L+0.28%FSAM-R+0.1%FSAM-A+1%PZ-2+10%漂珠+60%水③嘉華G級(jí)+3%FSAM+2%DZ-C+3%微硅+0.7%JZ-1+47%水④嘉華G級(jí)+5%FSAM+2.5%DZ-C+10%漂珠+10%微硅+0.7%JZ-1＋0.15%JH-1+65%水第21頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三

圖2FSAM體系的靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展曲線圖3FSAM體系的超聲波強(qiáng)度發(fā)展曲線6小時(shí)強(qiáng)度超過(guò)3.5MPa,8小時(shí)強(qiáng)度達(dá)到10MPa；靜膠凝強(qiáng)度增長(zhǎng)快，100lb/ft2到500lb/ft2的過(guò)渡時(shí)間均在20min以?xún)?nèi)。第22頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三⑵FSAM漂珠低密度水泥體系的應(yīng)用FSAM漂珠低密度水泥體系在甘肅涇川、鎮(zhèn)原地區(qū)獲得了非常好的應(yīng)用效果，應(yīng)用實(shí)例見(jiàn)表3，圖4-7。第23頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三第24頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三第25頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三4.2硅藻土、微硅復(fù)合減輕劑低密度水泥漿體系硅藻土和微硅單獨(dú)作為減輕劑時(shí)由于需水量太大而影響水泥漿的強(qiáng)度和其它性能。根據(jù)顆粒級(jí)配理論優(yōu)選出了以硅藻土為主，微硅為輔的復(fù)合減輕劑，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出了以RC800-A為降失水劑、SXY-2為減阻劑、SY為早強(qiáng)劑、SN-2為緩凝劑的LDHS低密度水泥漿體系。水泥漿性能見(jiàn)表4和圖8。表4LDHS低密度水泥漿體系綜合性能第26頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三配方：①JHG+25%硅藻土＋10%微硅＋2.5%RC800+0.7%SN-2+0.06%SY+1.0%SXY+120%水②JHG+25%硅藻土＋10%微硅＋2.5%RC800+0.9%SN-2+0.06%SY+1.5%SXY+120%水③JHG+25%硅藻土＋10%微硅＋2.5%RC800+0.9%SN-2+0.06%SY+2.0%SXY+120%水④JHG+25%硅藻土＋10%微硅＋2.5%RC800+0.9%SN-2+0.06%SY+1.8%SXY+120%水圖8LDHS水泥體系的超聲波強(qiáng)度與靜膠凝強(qiáng)度第27頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出：①低溫強(qiáng)度發(fā)展較快，LDHS水泥漿在低溫90℃常壓條件下早期強(qiáng)度發(fā)展較快，24小時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)19.1MPa，接近了常規(guī)密度水泥漿，有利于提高尾管頂部固井質(zhì)量；②LDHS水泥漿流變性性能好，流動(dòng)度一般大于24cm，現(xiàn)場(chǎng)易實(shí)現(xiàn)紊流頂替，有利于提高水泥漿頂替效率；③LDHS水泥漿超聲波靜膠凝強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明（圖5），水泥漿靜膠凝強(qiáng)度（SGS）發(fā)展速度快、過(guò)渡時(shí)間短，有利于防止井下油氣水竄發(fā)生。④在LDHS水泥漿體系中，通過(guò)硅藻土和微硅作為水泥減輕劑，增大了水泥體系中的SiO2含量，增加了SiO2/CaO的摩爾比，能有效地防止高溫強(qiáng)度的衰退，適合高溫深井固井的要求。第28頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三在130℃×24h×21MPa的高溫下強(qiáng)度能夠達(dá)到20.4MPa，這是由于硅藻土和微硅的二氧化硅含量比較高，SiO2和CaO的摩爾比變大，形成大量的抗高溫硬硅鈣石組分，從而防止高溫下強(qiáng)度的衰退。⑤LDHS水泥漿體系地面密度與井下密度一致，確保了入井水泥漿性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。硅藻土、微硅復(fù)合減輕劑低密度水泥漿體系在新疆塔河油田的沙70井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。塔河油田儲(chǔ)層埋藏深，三開(kāi)石炭系井徑擴(kuò)大率大，井徑不規(guī)則，地層破裂壓力低，封固段長(zhǎng)，固井時(shí)易發(fā)生漏失，固井質(zhì)量不理想。為了徹底解決塔河油田尾管固井質(zhì)量差的技術(shù)難題，我們開(kāi)展了LDHS高強(qiáng)度低密度新型水泥漿體系的研究，并在S70井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，固井質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。第29頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三S70井是位于塔河油田艾協(xié)克1號(hào)構(gòu)造東南端局部構(gòu)造高點(diǎn)的一口探井，244.5mm套管下深3898m，三開(kāi)215.9mm鉆頭鉆深5409.52m，平均井徑為253mm，177.8mm套管下深5406.63m，三開(kāi)完鉆泥漿性能：密度為：1.29g/cm3漏斗粘度：38s粘滯系數(shù)小于0.10。該井油氣層位置在4850m以下，為了有效封固油氣水層，同時(shí)避免發(fā)生漏失，決定采用領(lǐng)漿和尾漿雙凝水泥漿體系固井。領(lǐng)漿封固段為3750～4850m，采用LDHS低密度水泥漿固井，尾漿封固段為4850m至井底，采用常規(guī)密度水泥漿固井。領(lǐng)漿配方：阿克蘇G級(jí)水泥＋25%硅藻土＋10%微硅＋2.0%RC800-A+1.8%SXY-2+0.8%SN-2+0.06%SY+110%水(水灰比)第30頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三尾漿配方：阿克蘇G級(jí)水泥＋35%硅粉＋1.2%RC800-A+1.5%SXY-2+0.3%SN-2+43%水（液固比）固井后48h聲幅測(cè)井曲線，由曲線可以看出：4850～5375m的常規(guī)密度水泥漿固井質(zhì)量達(dá)到全優(yōu)；4850m以上為L(zhǎng)DHS低密度水泥漿固井，聲幅值均小于40%，評(píng)價(jià)為良，全井評(píng)價(jià)為優(yōu)，實(shí)現(xiàn)了油氣水層和重疊段的有效封固，解決了塔河油田地層壓力低、封固段長(zhǎng)和重疊段固井質(zhì)量差的問(wèn)題，滿(mǎn)足了下一步施工的要求，首開(kāi)塔北低密度固井成功之先例。第31頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三第32頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三4.3漂珠、微硅復(fù)合減輕劑低密度水泥漿體系（1）設(shè)計(jì)方法漂珠顆粒密度只有0.7g/cm3左右,顆粒直徑大（平均粒徑150～250μm）。微硅的平均顆粒直徑0.15um，遠(yuǎn)比水泥和漂珠小，所以微硅有巨大的比表面積（15～25m2/g），因而與水泥混合時(shí)需要大量的水來(lái)潤(rùn)濕其表面，對(duì)水灰比的敏感性較強(qiáng)，加量與降低密度的效率也受到限制。采用微硅漂珠復(fù)合低密度體系正是利用漂珠和微硅各自的優(yōu)點(diǎn)，而且又能互相克服對(duì)方的缺點(diǎn)，從而能設(shè)計(jì)出性能好的低密度水泥漿體系，而且微硅顆粒小能夠充填在漂珠和水泥顆粒之間的空隙，正好符合顆粒級(jí)配原理。第33頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三設(shè)計(jì)方法式中：SG—混合物比重

ρ—水泥漿密度

v—水與固相百分比,v通常取0.55-0.6對(duì)于漂珠微硅水泥體系，設(shè)計(jì)過(guò)程如下：或3B式中：A,B為漂珠和微硅占水泥的質(zhì)量百分比V取0.55～0.6注：通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，漂珠微硅的比例為4:1～3:1時(shí)的強(qiáng)度，流變性能較好；水固比0.55～0.6時(shí)水泥漿性能較好。第34頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三（2）復(fù)合低密度體系的PVF計(jì)算表2水泥、漂珠、微硅的堆積基本參數(shù)設(shè)1個(gè)質(zhì)量單位的水泥（1千克），漂珠和微硅加量分別是A和B，則三者的松散堆積體積分別是1/1.76(l)、A/0.324、B/0.253；絕對(duì)體積分別是：1/3.2、A/0.7、B/2.5。三者相互混合后，由于微硅的顆粒直徑非常小，所以可以認(rèn)為微硅顆粒完全充填于水泥和漂珠顆粒之間，混合物中不考慮微硅的體積。而且水泥顆粒也能充填于漂珠顆粒間空隙。則三者混合后的充填體積為：第35頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三則堆積系數(shù)為：假設(shè)漂珠加量40%（0.4千克），微硅加量為10%（0.1千克），則堆積系數(shù)為PVF=0.75。從上式可以看出，增加微硅加量有助于提高混合物的堆積系數(shù)。表3不同加量范圍的混合物堆積系數(shù)第36頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三微硅漂珠復(fù)合低密度水泥體系性能第37頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三備注：JHG-嘉華G；ball-漂珠；MS-微硅；FSAM-降失水劑；DZC,SY-早強(qiáng)劑；USZ-分散劑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用HK23井41/2"油層套管固井HK23井二開(kāi)完鉆井深為1647m，套管下深1642m，水泥漿返至地面。裸眼段平均井徑170.8mm，裸眼段長(zhǎng)1559m，平均井徑擴(kuò)大率12.1%，全井油氣層位多，顯示良好。水泥漿配方配方：JHG＋40%ball＋10%MS＋10%FSAM＋3.0%DZC＋0.08%SY＋1.5%USZ＋55%水

50℃22小時(shí)強(qiáng)度：2880PSI第38頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三配方：JHG＋40%ball＋8%MS＋10%FSAM＋2.0%DZC＋0.1%SY＋1.5%USZ＋55%水60℃24小時(shí)強(qiáng)度：2865PSI配方：JHG＋45%ball＋15%MS＋10%FSAM＋2.0%DZC＋0.1%SY＋1.5%USZ＋55%水60℃24小時(shí)強(qiáng)度：3717PSI72小時(shí)強(qiáng)度：3751PSI第39頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三該配方的靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展曲線：圖1抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線圖2靜膠凝強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線

第40頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三4.4漂珠、微硅、硅藻土復(fù)合低密度水泥漿性能及評(píng)價(jià)1、外加劑該水泥漿體系由降失水劑DZJ，分散劑DZS，膨脹劑DZP，早強(qiáng)劑DZC組成。DZJ是多種高分子聚合物膠乳型降失水劑，它通過(guò)聚合物交聯(lián)技術(shù)形成一層致密完整、有韌性的薄膜，失水量可控制在50ml(30min×6.9MPPa)以?xún)?nèi)，容易控制，低游離水，高流動(dòng)度，并有利于提高水泥漿體系的沉降穩(wěn)定性。第41頁(yè)，講稿共48頁(yè)，2023年5月2日，星期三膨脹劑DZP-1為灰白色粉末，推薦加量為2-4%，膨脹率最大能夠達(dá)到2%左右，對(duì)水泥漿的失水，稠化時(shí)間無(wú)不良影響，配漿時(shí)略為增稠，能夠大幅度地增加水泥石的強(qiáng)度。膨脹劑DZP-1屬于“剛性”膨脹劑。在水泥漿整個(gè)候凝段和凝固后都能保持穩(wěn)定的膨脹，并補(bǔ)償充填于水泥石的毛細(xì)孔和氣孔中，與纖維狀的硅酸鈣凝膠微晶交織成網(wǎng)絡(luò)狀，使水泥石結(jié)構(gòu)更加致密，從而提高了水泥石的強(qiáng)度和抗?jié)B等性能，改善了水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量，從而能夠有效地防止油氣水竄的發(fā)生。早強(qiáng)劑DZC由無(wú)機(jī)材料改性而成，外觀為白色的結(jié)晶體，易溶于水，可干混或濕混，有較寬的溫度適用范圍。一般加量為0.5～2.0%（BWOC），有利于水泥石早期強(qiáng)度的發(fā)