钻井液处理剂对固井水泥浆凝结时间的影响
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作者: 黄福生
摘要：固井技术的发展已进入了新世纪的发展阶段，这些年来已解决了不少深、浅和特殊井中的复杂问题。但是钻井液处理剂对固井水泥浆凝结时间的影响越来越引起人们的注意。经多方资料论证及实验数据表明，钻井液外加剂显著影响水泥浆凝结时间，失水量，流变性和水泥石的抗压强度。
关键词：钻井液处理剂；凝固时间；流变性；抗压强度；失水量
1. 油井水泥浆的基本性能参数
1.1油井水泥浆性能
油井水泥浆是由油井水泥，配浆水，外加剂或外掺料以一定的比例配置而成。而这些掺料通过化学或物理作用对水泥浆和水泥石的性能产生影响。水泥浆性能包括密度，流变性，失水量，稠化时间以及初始稠度，凝固时间，游离液，稳定性。注水泥用的水泥应符合APISpec 10A规定的要求。配浆水应选择现场用水，外加剂和外掺料可以干混，如不能干混，则选用水溶性的外加剂。
1.2水泥石的基本性能
水泥浆是一种颗粒在水中的塑性网状物，水泥浆一旦凝固，它的表观或总体积就接近于定值。在水化的任一阶段，硬化水泥浆由胶体的各种化合物的水化产物，Ca(OH)2晶体，一些次要组分，未水化的水泥及在水泥浆中充满了水的空隙组成。
1.3 G级油井水泥
油井水泥属水硬性胶凝材料，指用于各种钻井条件下进行固井，修井，挤注等的硅酸盐水泥（波特兰水泥）和非硅酸盐水泥。很明显油井水泥的要求比普通水泥要高。目前，API水泥分为A、B、C、D、E、F、G和H八个级别。G级油井水泥作为基本水泥使用，加促凝剂或缓凝剂后，可以在各种井深与温度范围内使用。根据API规范10A，G级水泥试验的水灰比是0.44。
2. 室内评价
2.1钻井液外加剂对嘉华G级水泥初、终凝时间的影响
实验条件：G级水泥300g，水132mL，水灰比（0.44），测试温度：52℃。非渗透性稳定剂含量分别为0.5%，1.0%，1.5%，2.0%。实验结果见图2-1和表2-1。
凝固时间影响曲线
实验结果分析：
加入非渗透性稳定剂后，水泥浆的初凝用时发生改变。非渗透性稳定剂加量0.5%时，不影响水泥浆初凝时间；加量1%时，水泥浆初凝时间增加了19.2%，加量1.5%时，水泥浆初凝时间减小了4%，加量为2%的初凝时间减小了35%，表明非渗透性稳定剂加量0.5%-1.0%时有一定的缓凝作用，加量1.5%-2.0%时有一定的促凝作用。
2.2钻井液处理剂对嘉华G级水泥浆流动度的影响
实验条件：G级水泥300g，水132mL，水灰比（0.44），测试温度：室温。实验结果见表2-2。
由表2-2的数据可以清楚的看到：
（1）增加水泥浆流动度的钻井液处理剂为：KJW，铵盐。
（2）降低水泥浆流动度的钻井液处理剂为：非渗透性稳定剂，KPA，KMP，FA-367 ，抗高温降滤失剂，CMHEC，FKJ-1（高效抗温降滤失剂），KFT，XC黄原胶。
2.3钻井液处理剂对嘉华G级水泥浆失水量的影响
实验条件：G级水泥800g，水352mL，水灰比（0.44），测试温度：52℃。HA树脂，磺化褐煤树脂，KMP添加剂与分别水泥干混。实验结果见图2-2。
实验结果分析：
（1）随着磺化褐煤树脂的加量的增加水泥浆的失水量在逐渐下降，加量为1.00%时下降了22%，加量为2.00%时下降了33%，加量为3.00%时下降了50%。
（2）在相同温度下当处理剂加量大于0.50%以后随着其加量的增加，失水量下降的幅度接近。
2.4钻井液处理剂对嘉华G级水泥石强度的影响
实验条件：G级水泥800g，水352mL，水灰比（0.44），测试温度：52℃。磺化褐煤树脂，KMP，HA添加剂与分别水泥干混。实验结果见图2-3。
实验结果分析：
（1）随着磺化褐煤树脂加量的增加水泥石抗压强度逐渐降低。具体表现在：加量为0.5%时比原浆小0.25MPa，降低了1.90%，加量为1.0%时比原浆小0.58MPa，降低了4.39%，加量为2.0%时比原浆小2.4MPa，降低了18.20%，加量为3.0%时比原浆小6.35MPa，降低了48.10%。
（2）随着KMP处理剂加量的增加水泥石的抗压强度也是逐渐降低。加量为0.5%时比原浆小0.39MPa，降低了2.50%，加量为1.0%时比原浆小11.24MPa，降低了8.00%，加量为2.0%时比原浆小3.10MPa，降低了20%，加量为3.0%时比原浆小6.84MPa，降低了44.10%。
3．结果分析
（1）能增加水泥浆流动度的钻井液处理剂为：KJW，铵盐；降低水泥浆流动度的钻井液处理剂为：非渗透性稳定剂，KPA，KMP，FA-367，抗高温降滤失剂，CMHEC，FKJ-1（高效抗温降滤失剂），KFT，XC黄原胶。
（2）树脂类处理剂水泥石24小时抗压强度要小于原浆的抗压强度；而聚合物类处理剂随加量的增加其水泥石抗压强度要高于原浆的抗压强度，且上升幅度比较明显。其中KJW处理剂加量加量为3.0%时比原浆大13.85MPa，升高了105%。
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作者简介：黄福生，男，1982年6月出生， 工作单位： 黑龙江省大庆油田钻探工程公司钻井一公司，邮编：163411
注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
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