超低密度水泥浆体系优化与性能研究-中国期刊网

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（整期优先）网络出版时间：2022-04-21

作者: 马洪洁

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超低密度水泥浆体系优化与性能研究

马洪洁

胜利石油工程有限公司固井技术服务中心固井技术研究所，山东东营 257000

摘要：结合超低密度水泥浆体系特点及存在的问题，提出超低密度水泥浆性能优化措施，并对其配方、性能进行研究，以为固井施工提供水泥浆体系保障。

关键词：固井工程；超低密度水泥浆体系；优化；性能

超低密度水泥浆是以密度划分，密度低于1.30g/cm³的水泥浆为超低密度水泥浆，超低密度水泥浆主要解决易漏失低压地层、深井长封固或全井封固、欠平衡钻井、近平衡或平衡固井等特殊静的固井施工的漏失问题，然而由于超低密度水泥浆体系存在稳定性差，体系容易分层离析，水泥浆失水量难以控制；水泥浆下灰困难，流动性差，泵送困难；水泥石早期强度发展缓慢，强度低，水泥石渗透性高，易引起腐蚀性介质的腐蚀等问题，需要优化性能，以提高施工效果。

1超低密度水泥浆性能优化措施

超低密度水泥浆关键的一点选择在于水泥浆减轻材料的选择，而减轻材料的选择要注意以下几个方面：一是具有明显减轻作用，密度恒定，能有效的降低水泥浆水固比，提高水泥浆的固相含量，有利于实现紧密堆积；二是减轻剂应尽量选择尺寸较小的球形材料，在掺量允许下，密度与浆体密度接近，保持水泥浆浆体稳定；三是减轻材料具有反应活性，物理化学反应能对水泥浆性能有所贡献。根据以上措施确保优选出3M漂珠作为超低密度水泥浆的减轻剂。

2实验条件、超低密度水泥浆配方与性能

表1 实验条件：

实验水质	淡水	水泥类型	阿克苏G级
实验温度	105℃	实验压力	70MPa

升温升压 105℃×70MPa

常温常压 ——————→———————→ 测稠化时间

70min 恒温恒压

表2 水泥浆配方：

干混		加量
名称	型号	占水泥比例，％	占水泥和外掺料比例，％	质量，g
水泥	阿克苏G级	100.00	/	165.00
3M漂珠	18000psi	75.00	/	123.75
填充剂	CEA-1	15.00	/	24.75
填充剂	CEA-2	80.00	/	132.00
防窜剂	FLOK-2	/	5.00	22.28
弹塑剂	ELP-1S	/	2.50	11.14
干灰（大样灰）合计				478.91
湿混		加量
名称	型号	占水泥比例，％	占干灰比例，％		质量，g
淡水	轮台淡水	/	/		250.00
降失水剂	FS-23L	/	7.0		33.52
降失水剂	HX-12L	/	1.0		4.79
减阻剂	FS-13L	/	0.8		3.83
缓凝剂	HX-36L	/	0.9		4.31
消泡剂	DF-A	/	0.2		0.96
液固比		0.612	造浆率		1.296
备注：以水泥浆的体积为基准，加入0.15%的5mm纤维

表3 水泥浆性能：

项目	水泥浆实验结果
密度，g/cm³	1.25
流动度，cm	22
API失水量，ml	40
游离液，％	0
稠化时间，min/100Bc	307（图1）
停机稠化时间，min/100Bc	348（图2）
顶部抗压强度（90℃）,MPa/24h	15
底部抗压强度（105℃）,MPa/24h、48h	19.46/21.2

表4 水泥浆流变性能：

项目	温度	Ф600	Ф300	Ф200	Ф100	Ф6	Ф3	紊流排量	塞流排量	YP/PV
水泥浆	常温	295	187	135	85	14	12	/	/	/
水泥浆	93℃	260	170	115	75	11	9	79.52	7.57	22.77/110.23

2超低密度水泥浆沉降稳定性能

水泥浆稳定性试验：用高温高压稠化仪(105℃×70MPa×70min)养护20min，然后迅速降温到93℃取出将浆体倒入250ml量筒中放入93℃水浴锅静置2小时后，测其上部、中部、下部密度分别为1.25g/cm³、1.25g/cm³、1.25g/cm³，上部、中部、下部密度差小于0.03 g/cm³，说明浆体经105℃×70MPa下浆体无沉降分层，浆体稳定性好。

3超低密度水泥浆稠化曲线

图1