[其他]水硬性水泥浆

说明书

本发明是关于一种适用于油井固井的水泥浆的组分。本发明中，水泥浆最重要的特点在于：水泥浆为气密、低比重。

在油井的固井作业中，水泥浆被注入到一个套管中，并固定于套管外部和井壁之间的环形空间。固井过程中两个最基本的目的是阻止岩层之间气体和液体的迁移，捆住和支住套管。除了隔离油-气及水的产油层外，这种水泥还保护套管免遭腐蚀，防止水泥浆迅速封井时的气-或油-自喷，保护套管免遭冲击荷载，并且封闭泥浆漏失层。

为了能成功地固井，水硬性水泥浆必须满足一系列的专门要求。必须调整水泥的流变性，以便水泥浆能容易地被注到井内。另外，在套管和井的环形空间，水泥浆必须能有效地替换钻井泥浆。水泥浆过滤损失必须低，以避免水泥浆流入岩层时液体的损失，因为液体的损失将会坛加水泥浆的粘度。最后，水泥浆必须具有最小的水分离的可能性。

水泥浆的凝结时间必须调整到能保证在其注入油井以前不会发生凝结。所需的凝结时间，还取决于井的深度及油井内的温度。

水泥浆的比重对于固井作业及其所达到的效果来说是非常重要的。

对于穿过高压层的油井来说，必须使用高比重的水泥浆，以避免在固井作业中发生失控的井喷。对于穿过低压层的油井来说，它不宜使那里的岩层遭受高的流体静压，因此必须使用低比重的水泥浆。因为水泥浆比重过高，而由此高流体静压力就会造成岩层断裂，同时造成进入岩层的水泥浆损失（泥浆漏失）。

水泥浆另外一个重要的性质是早期强度。早期强度对于固井作业结束后怎样才能迅速重新开始钻井是至关重要的。

在24小时后至少达到1.5Mpa的抗压强度水泥，通常是令人满意的。水泥浆的早期强度的发展取决于井内的温度。对于用于高温井固井的水泥浆来说，则更重要的是，水泥浆有一个低的强度减退性。

对某些油井来说，在高压下临近于含有套管的水泥的区域含有气体。这种气体，在油井的固井中，会引起严重的问题。因为气体会穿入水泥浆，从而产生已有技术中所谓的气体迁移-一种令讨厌的现象。

气体迁移起始于水泥浆的凝结过程。在固井作业结束不久，水泥浆即从静压液体凝成固体。在这一关键阶段，如果水泥浆不能抵御住气体压力，则会在部分固化的水泥浆中形成裂缝。在水泥的凝结过程中，和/或在水泥浆和井壁之间的界面间，在压力下，气体就会通过柱管。这样便产生裂缝，这裂缝一直可达到油井的顶部。

尚若液体从水泥浆中漏失并渗入岩层，则会造成气体迁移增加。

气体迁移，即气体从一岩层迁移至另一岩层，还会使生产受到损失。

为了生产出具有理想性质的油井井用水泥浆，一般采用掺加一系列的水泥浆添加剂的办法，以控制水泥浆的流变性。可掺加流体损失添加剂，来减少水泥浆中的流体损失;用促凝剂和缓凝剂以控制凝结时间和早期强度。

为控制气体迁移，不妨采用流体损失添加剂或者胶凝剂，例如苯乙烯/丁二烯共聚物。

气体迁移是一个特别困难的问题，必须使用低比重的水泥浆。

北海的Gullfkes    Oseberg和Slepiner油田就是例子。那儿岩层弱，而且含气。因此，对于这些油田的油井固井来说，有必要使用低比重、不渗气的水泥浆。

已知的油井固井用的低比重水泥浆，可以分为三个主要的不同类：

1.含水/水泥比高、掺加了作为增稠剂的膨润土或水玻璃的水泥浆。

另外，也可以用生产硅铁的热熔炉里的废气中得到的微硅石来代替膨润土和水玻璃。从满足早期强度的要求看，高的水/水泥比例、带掺加作为增稠剂的膨润土的水泥浆，可用来降低比重至约1.6g/cm³;具有高的水/水泥比例，并含水玻璃和/或微硅石的水泥浆，也可以在1.4和1.6g/cm³之间的比重内使用。

2.含有轻骨料如空心微球体的水泥浆。根据强度要求，这些水泥浆可以比重低至1.1g/cm³来使用。如果降低对强度的要求，则比重甚至可以更低。

3.含有带走的气体的水泥浆（泡沫水泥），例如含氮气或氢气，具有低于约1.0g/cm³比重的能够被制造出。