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& 习题(水泥)
习题(水泥)
核心提示：油井水泥 1水泥和非硅酸盐水泥，包括掺有各种外掺料或外加剂的改性水泥或特种水泥的油井水泥体系。2、A级水泥适用于从地面至G级油井
1水泥和非硅酸盐水泥，包括掺有各种外掺料或的改性水泥或特种水泥的油井水泥体系。
2、A级水泥适用于从地面至G级水泥适用于自地面至2440米的井深作业，温度至93℃。
3、油井水泥主要物理性能包括 细度、密度、水泥浆的流变性、水泥浆失水量、水泥浆的稠化时间及初始稠度、游离液、稳定性等。
4、水泥的细度值越大，则水泥粒子反应活性越大，水化速度越快，稠化时间越短，初始稠度高，水泥浆不易到达紊流状态。细度值越小，则水泥粒子反应活性越弱，水化速度越慢，水泥浆流动性好，但是形成的水泥石抗压强度低。
5、水泥浆的密度是由组成水泥浆材料决定的，通常使用纯水泥浆时密度范围为：1.78-1.98g/cm3。
6、我们通常所说的流动度是反映水泥浆配制和流动的难以程度的度量方法，一般当水泥浆的流动度达到22-24cm时，其流动性能好。
7、水泥浆失水性能对注水泥施工和固井质量的影响。
（1）水泥浆在主题过程中，由于动失水较大，环空浆体水灰比减少，造成水泥浆密度增加，流变性变差，稠化时间缩短，稠度急剧增加，致使水泥浆注替泵压增加，压漏地层，严重时还有造成打实心套管和注水泥作业失败的危险；
（2）在水泥浆凝结过程中，失水较大的水泥浆还会在较窄的环空内形成桥塞，从而降低了液注作用在油、气层上的压力，同时还会在水泥内形成微细毛孔道，引起油气水窜问题。
8、API失水量100-200mL；尾管注水泥，API失水量50-100mL；挤水泥，API失水量50-150mL；打水泥塞，API失水量150mLAPI失水量30-50mL。
9、水泥浆的稠化时间和凝固时间的区别。
水泥浆的凝固时间和稠化时间是两种不同状态的水泥浆特性，前者是水泥浆
的动态特性，与注水泥的安全施工有着密切的关系；而后者却是水泥浆的静态特性，与水泥浆失重有着非常重要的关系，同时还会对水泥浆的早期强度有一定的影响。
10、水泥浆的稠化时间是指水泥浆在流动过程丧失流动的时间。对于A级油井水泥，API标准要求在45℃、26.7MPa条件下，稠化时间大于90min；对于G级油井水泥在52℃、35.6 MPa条件下，稠化时间为90-120min。
11、水泥浆的初始稠度值反应水泥浆配浆初期的流动性能，API标准要求油井水泥的初始稠度小于30Bc，一般为了控制水泥浆的稳定性，固井施工要求初稠在11-20Bc范围内较好。
12、注水泥施工的总时间必须小于或等于水泥浆筹划时间的75%。
13.、游离液对固井质量的影响。
游离液是由水、外加剂、微细水泥颗粒及杂质组成，它对水泥环与地层喝套管的胶结和支承有着不良的影响。如果水泥浆出现游离液，含水多的上部水泥浆凝固时，将形成多孔的、脆弱性的、强度性能差的水泥石。如果游离液聚集在一起，将形成水环，致使水泥环不连续，影响封固质量。
14、按不同应用要求，允许有一定量的游离液。G级水泥的游离液含量最大值为5.9%。；对于大斜度井及水平井来说，水泥浆的游离液必须为零。
15、G级水泥要求8h养护、常压38℃时，抗压强度大于2.1MPa，60℃时抗压强度大于10.3MPa。
16、A级水泥要求8h养护、常压38℃时，抗压强度大于1.7MPa，24h养护时抗压强度大于12.4MPa。
17、油井水泥的水化反应
油井水泥的化合物是无机的化合物，一但与水接触，组成的各种矿物成分能与水发生化学反应，形成过饱和的不稳定溶液，生成带有不同数量结构含水的新产物，同时有热量和体积的变化，这种水泥和水的化学反应称为水花反应。
水化反应的主要阶段分为：调凝期、凝固期、硬化期。
18、A级水泥试验时的水灰比为0.46，G级水泥试验时的水灰比为0.44。
19、水泥浆流变性对固井作业的影响：
（1）计算和控制注水泥顶替过程的循环压耗，优选固井工具和设备，并防
止井眼出现憋漏现象；
（2）设计注水泥顶替过程的最佳流态和两相液体的稳定顶替界面，达到提高水泥浆顶替效率和注水泥质量的目的。
20、在低压下（小于1MPa），随温度增加，表观粘度降低；在高压下（大于2MPa），随温度增加，表观粘度升高。
21、一般中等强度，在13.7MPa -20.6MPa之间的水泥石就具有较好的密封性能。
22、为适应油层开发和射孔的要求，水泥石的抗压强度值要求在7MPa -14MPa之间。强度低于7MPa水泥胶结和密封性能差，而强度高于14MPa的水泥石出现脆性，射孔时容易破裂。
23、胶结强度是指水泥浆在环空中凝固后，水泥与地面、水泥与套管之间界面胶结的牢固程度。
24、油井水泥外加剂与外掺料的区别一般以加入物料的量来界定，加量大于水泥质量的5%为外掺料，小于5%为外加剂。
25、促凝剂：油井水泥促凝剂用于缩短水泥浆稠化时间，加速水泥凝结及硬化或者用来缓解由于加入其它外加剂如分散剂、降失水剂等引起的过缓凝作用。氯化钙是固井工程中最有效、经济，也是最常用的促凝剂。（硅酸钠、甲酰胺、氯化钠）
26、早强剂：早强剂是能减少水泥浆稠化时间，提高水泥石早期强度的化学剂。早强剂都有促凝作用，区别关键在于使用的目的不同。
27、缓凝剂的作用：能够有效地延长或者维持水泥浆处于流态时间。缓凝剂的缓凝作用均是抑制水泥矿物的水化速度。常用缓凝剂：铁铬盐作为缓凝剂，适用于（ 95℃ ）以下的井温；磺甲基丹宁作为缓凝剂，使用于3500m以内的井；还有木质素磺酸盐类、维素衍生物（CMC、HMC）、有机磷酸盐等。
28、降失水剂的作用：防止和减少水泥浆在注替时由于压差作用渗透到地层产生失水。常用的降失水剂有：成胶、丙烯碳胺、磺化苯乙烯聚合物、聚丙烯先酸共聚物等。
29、分散剂（减阻剂）的作用：提高水泥浆的可泵性，实现低排量下的 紊流，提高水泥浆对钻井液的顶替效率和固井质量。同时，分散剂的加入还可以使
稠化时间曲线趋于直角，提高水泥石抗压强度和抗渗透能力。常用分散剂有：磺酸基隔离分散剂SMF，甲醛和丙酮、低分子生物、羟基羧酸。
30、加重剂的作用：增加水泥浆密度。常用的有：重晶石、赤缓酸、氢化锰。
31、减轻剂的作用：用于降低水泥浆密度，减少固井时静液注压力。微珠。
32、消泡剂的作用：消除水泥浆中的气泡。常用的消泡剂有GPE、辛醇-2、甘油聚醚等。
33、水泥浆体系及其外加剂的选择依据：井况和地层特点、不同类别的外加剂之间的相容性。
34、通常外加剂的加入顺序：消泡剂、降失水剂、分散剂、缓凝剂。
35、水泥浆与钻井液直接接触的危害
在固井施工中，如果水泥浆与钻井液直接接触，钻井液将发生水泥浸，水泥浆相受到钻井液污染。水泥浆受污染后，一是水泥浆流动性能降低，粘度和动切力上升，致使固井泵压升高，甚至发生井漏；二是凝固后的水泥石抗压强度和界面胶结强度都将大幅度降低；三是污染后形成的粘稠物质，将粘附在套管和井壁上，不易替净，影响固井质量。
36、什么是前置液
在固井施工前，在注入水泥浆之前，先泵入另一种液体，将水泥浆与钻井液隔开，这种液体叫前置液。
37、固井前置液的作用：
有效地隔开水泥浆与钻井液，防止钻井液与水泥浆接触污染；
能够稀释钻井液，降低钻井液的粘度和切力，提高对钻井液的顶替效率； 有效冲洗套管壁，提高水泥浆与套管的界面胶结强度；
能够帮助剥离井壁上的疏松泥饼，提高水泥环与井壁的胶结质量。
38、前置液按其功能可分为冲洗液和隔离液。冲洗液又分为化学型和研磨型，隔离液又常分为紊流型和粘性隔离液。
39、冲洗液功能上侧重于稀释钻井液，冲洗净井壁和套管壁，其基浆密度一般在1.0-1.03g/cm3。
40、冲洗液密度较低，粘度很低，对于失水量没有严格要求，对于存在井喷、井塌等复杂情况下固井应慎用。
41、隔离液的作用侧重于隔离钻井液和水泥浆，防止其相互接触污染。同时还应有悬浮固相颗粒，防止井塌，抑制井漏等多方面作用。
42、隔离液的密度在较大范围内可以调节，一般要求介于钻井液和水泥浆之间。隔离液与钻井液的密度差与切力差越大时，顶替效率有增高的趋势。
43、常用清水隔离液的缺点
隔离效果差，悬浮能力差；失水量打；密度低。限制了他在复杂井固井中的使用。
44、清水做前置液的优点
清水与水基钻井液和水泥浆有很好的相容性，能在一定程度上稀释水泥钻井液，粘度低易形成紊流，对套管和井壁有一定的清洗效果，且成本低，就地取材，使用方便。
45、冲洗液与隔离液在性能上各有侧重，在一些情况下组合使用时，应冲洗液在前，隔离液在后。
46、大庆油田及其外围油田应用的特种水泥浆体系以及其应用区块： 低密度高强度水泥浆体系，英台、新站、朝阳沟；
低失水短候凝水泥浆体系，朝阳沟、葡萄花、杏区；
防漏增韧水泥浆体系，喇嘛甸、萨尔图、杏区；
微膨胀防窜水泥浆体系，朝阳沟；
抗腐蚀水泥浆体系，喇嘛甸。
47、油井水泥的化学组成
氧化钙（60%-70%），增加氧化钙的含量，可提高水泥的强度，通常用于浅井的水泥氧化钙含量高；
二氧化硅（20%-24%），水泥强度影响大，一般高温深井水泥二氧化硅含量比较高；
三氧化二铝（3%-7%），当水泥中三氧化二铝含量升高，使水泥稠化时间缩短，水泥抗硫酸侵蚀性变差；
氧化铁（2%-6%），
游离氧化钙、游离氧化硅等游离氧化物；
氧化镁、碱质等微量氧化物组成。
48、油井水泥矿物组成：
硅酸三钙，其水化速度很快，对水泥抗压强度的形成有很大的影响，尤其是水泥早期强度；
硅酸二钙，其水化缓慢，不影响水泥初凝时间，但对水泥最终强度有影响； 铝酸三钙，影响水泥的稠化时间和凝固速度，特别是对水泥早期抗压强度的形成起重要作用；
铁铝酸四钙，降低油井水泥在生产过程中熟料的熔融温度和熔体温度； 微量组分如氧化镁、氧化钾、氧化钠等，含量过高会引起水泥石稳定性，也影响水泥的流变性，使水泥速凝。
49、固井后水泥环起到的主要作用：
（1）承受下井各层套管柱的轴向载荷；
（2）有效地封隔油气层；
（3）抗腐蚀性能好，能起到保护套管的作用。
50、钻技一公司常用外加剂水泥在固井施工中的注意事项。
（1）了解水泥浆性能；
（2）检查现场混配水水质是否清洁；
（3）作业过程中要严格控制水泥浆的密度；
高抗窜水泥浆：注意水泥浆的稠化时间，前导缓凝水泥浆段的注入量，保证水泥浆密度的均匀；
低密度水泥浆：封固采用双密度时，施工前确定G级原浆、低密度水泥浆各自的封固层位及封固高度。
1、注水泥施工选用的水源，若水质不好，使得水泥浆稠化加剧、流动性差，水泥浆太稠容易引起发生（稠化憋泵）事故。
2、在大间隙条件下，前置液的设计用量应满足充填环空长度100m。
3、尾管注水泥时，前置液用量应满足环空高度250m所对应的容积。
4、水灰比对水泥将性能的影响
水灰比是水与水泥的重量比。在现场施工时反应的是水泥浆密度，水灰比过小，则水泥浆密度过大，水泥浆流动性变差，泵送困难；水灰比过大，则水泥浆
密度过小，水泥浆固相颗粒下沉或析出大量自由水，肯能造成窜槽现象，影响封固质量。
5、U型管效应
所谓U型管效应就是固井时套管内出现的真空现象。一般是这种情况由于水泥浆密度大于泥浆密度，由于密度差在注水泥时造成套管内外的静压差，当静压差达到一定值，使得这个值足以 整个流体的沿程阻力之和时，管内流体便会产生自由落体运动。随着自由落体运动速度的增大，泵入的流体不能填满管内，便形成一个真空段，即发生了U型管效应。
6、正常声波幅度测井应在固井施工后（24-48）h内进行
7、在较高温度下，可以用海水配制水泥浆，只需加入缓凝剂中和即可。
8、桥堵引起的&失重&的严重程度主要取决于水泥浆（失水）的大小。
9、在设计两凝水泥浆时，必须保证速凝水泥浆（失重）时，缓凝水泥浆还未达到（初凝时间）。
10、为防止超高油气井深井固井环空水泥环油、气窜，可采用加重、防窜水泥浆固井。
11、深井固井水泥浆设计时，G级纯水泥应加入（硅粉），以防止水泥在高温条件下的强度衰减。
12、深井注水泥的顶替使用低静切力钻井液和加入（减阻剂）的低粘度水泥浆往往可实现高速顶替及有效清除钻井液。
13、油井水泥外加剂的使用方法可分为干混和湿混2种。
14、铁铬木质素磺酸盐是深井的高效缓凝剂，还有较强的（抗盐）性能。
15、有些油井水泥外加剂由于加入量的不同会呈现（相反）的作用。
16、硅酸钠作为速凝剂加量在（ 7% ）以下，加量过大，将引起较大的失水。
17、加入膨润土可降低水泥浆的析水率和失水量。
18、赤铁矿加入减水剂复合使用时，可配成密度高达2.74g/cm3的水泥浆。
19、用细的重晶石作为加重剂，要求较高的水灰比。
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油井水泥专用于油井、气井的固井工程，又称堵塞水泥。它的主要主用是将套管与周围的岩层胶结封固，封隔地层内油、气、水层，防止互相串扰，以便在井内形成一条从油层流向地面且隔绝良好的油流通道。油井水泥的基本要求为：水泥浆在注井过程中要有一定的流动性和适合的密度；水泥浆注入井内后，应较快凝结，并在短期内达到相当的强度；硬化后的水泥浆应有良好的稳定性和抗渗性、抗蚀性。[1]
油井水泥特点
具有合适的密度和凝结时间，较低的稠度，用其配制的预拌油井混凝土具有良好的抗沉降性和可泵性。将其注入预定（温度、压力）的井段，能迅速凝结硬化并产生一定的机械强度。混凝土固化后具有良好的、和。油井水泥属，由水硬性为主要成分的熟料，加入适量和磨细制成。
油井水泥使用
使用场所：油井水泥是专用于、的工程的。
使用要求：水泥浆在注井过程中要有一定的流动性和合适的密度，水泥浆注入井内后，应较快凝结，并在短期内达到相当强度；硬化后的水泥浆应有良好的稳定性和抗渗性、抗蚀性等。
注意事项：油井和气井的情况十分复杂，为适应不同油气井的具体条件，又是还要在水泥中加入一些外加剂，如增重剂、减轻剂或缓凝剂等。
油井水泥分类
油井底部的温度和压力随着井深的增加而提高，每深入100 m，温度约提高3℃，压力增加1.0～2.0 MPa。因此，高温高压，特别是高温对水泥各种性能的影响是油井水泥生产和使用的最主要问题。高温作用使硅酸盐水泥的强度显著下降，
因此，不同浓度的油井，应该用不同组成的水泥。根据GB 10238-98，我国油井水泥分为九个等级，包括普通（0）、中等抗硫酸盐型（MSR）和高抗硫酸盐型（HSR）三类。各级别油井水泥使用范围如下：
A级：在无特殊性能要求时使用，适用于自地面至1 830 m井深的注水泥。仅有普通型。
B级：适合于井下条件要求高早期强度时使用，适用于自地面至1 830 m井深的注水泥。分为中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型两种类型。
C级：适合于井下条件要求高的早期强度时使用，适用于自地面至1 830 m井深的注水泥。分为普通型、中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型三种类型。
D级：适合于中温中压的井下条件时使用，分为中抗硫酸盐和高抗硫酸盐型两种类型。
E级：适合于高温高压的进行条件时使用，分为中抗硫酸盐和高抗硫酸盐型两种类型。
F级：适合于超高温高压的进行条件时使用，分为中抗硫酸盐和高抗硫酸盐型。
G级、H级：是一种基本油井水泥，分为中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐两种类型。
J级：适用于超高温高压条件下的3 660～4 880 m井深的注水泥。
油井水泥的物理性能要求包括：水灰比、水泥比表面积、15～30 min内的初始稠度，在特定温度和压力下的稠化时间以及在特定温度、压力和养护龄期下的抗压强度。
．百度文库[引用日期]【图文】固井设计_百度文库
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&&& & 是由计算机进行自动控制的固井设备，它是一个集机械系统、自动控制系统和液压系统于一体的高性能的自动混浆灌浆设备。其装备的混配系统配备有轴流式混合器和自动密度控制系统，可根据需要精确地配制水泥浆，并具有重复循环二次混配功能，实现水泥浆密度的实时控制和调节。另外，工控机还能将作业过程中的施工参数自动记录保存，为固井施工和质量分析提供了一定的依据。固井水泥车只需一人在操作台上控制，即可完成固井作业。固井水泥车主要部件包括：二类汽车底盘、柴油机、变速箱、三缸柱塞泵、齿轮水泵、水柜、高低压管汇等。
1、固井工艺流程
&&&&& 在油田施工作业中，为了加固井壁，保证继续钻进，封隔油、气和水层，保证勘探期间的分层试油及在整个开采中合理的油气生产，为此下入优质钢管，并在井筒与钢管环空充填好水泥的作业，称为固井作业。& 固井工艺流程可简单的分为:下套管、注水泥、碰压、侯凝、测井进行固井质量检测和评价等五个步骤。其中下完套管之后，把水泥浆泵入套管内，再用钻井液把水泥浆液压系统顶替到管外环形空间设计位置的作业称之为注水泥。当上胶塞坐落在已坐于浮箍上的下胶塞上之后，地面压力将很快上升一定值(称为碰压)，该信号说明水泥浆已顶替到位，固井施工结束。&&&
2、固井设备
&& & 为完成固井作业，通常需要多种专用设备联合作业进行。一般来讲，通常需要(用于运送干水泥)、罐车(用于储存和运输清水)、固井水泥车(用于向井内注入水泥浆);技术套管和生产套管。固井作业时，还要根据实际情况在上述设备的基础上增加压风机车(用于向下灰车提供压缩空气，以提高下灰车的下灰速度)、供水车(向固井水泥车提供清水)、固井管汇车(用于多台固井水泥车的联合作业)、备用车(主要为固井水泥车，防止作业时设备出现故障，造成作业停止)，有时根据设备能力情况还要再增加混浆车(橇)或倍混装置等专门用于混浆的设备。由上述可以看出，固井作业对设备的需求的种类是很多的。但向井内注入水泥浆的工作，则是完全依靠固井水泥车来进行。&&
3、固井车固井工作过程&
（1）、非混浆作业固井水泥车混浆系统工作过程：
&&&&& 固井水泥车进行固井作业时，将下灰漏斗与混合器连接固定好，并连接相应的管线。通过管线将干水泥注入下灰漏斗，使下灰漏斗中充满干水泥。通过管线与齿轮水泵连接的混合器由于安装在下灰漏斗的下部，其中也由于重力作用也充满的干水泥。此时，向混合器输送带有一定压力的清水，由于混合器内部结构的作用使清水的流动面积突然减小，使清水的流速急剧加快。清水流速加快后，在混合器内部、清水射流的附近形成了负压，使清水带动干水泥向前运动。并通过清水流动和管道的作用下，使清水和干水泥迅速混合。高速运动的水在管道内形成了旋流，在螺旋运动向前运动的同时也对结块的干水泥有剪切作用，使结块不断变小甚至消失。混合后的水和干水泥形成了水泥浆，被输送到混浆槽内。与三缸柱塞泵吸入连接的吸入管线浸泡在混浆槽内，由于三缸柱塞泵的往复运动，在吸入口形成了负压，将混合好的泥浆吸入到三缸泵的液缸内，通过加压后向井内输送。& 普通固井水泥车的混浆过程非常简单，完全由安装在车上的齿轮水泵系统来实现，混浆效果和处理干水泥能力也取决于齿轮水泵的工作能力。无法控制泥浆密度并且处理干水泥能力低。&
（2）、混浆作业固井水泥车混浆系统工作过程：
&&&&& 该类设备通常将混浆系统在安装整机尾部，该系统由清水泵(该泵为离心泵，用来输送清水)、循环泵(该泵为离心泵，主要用来循环混浆罐中的液体)、增压泵(该泵为离心泵，主要用来将混浆罐中的液体加压后向三缸柱塞泵输送)、混浆罐(用于暂时存储水泥浆，并为水与干水泥的混合提供适当的空间，以使混合后的水泥浆密度均匀)、高能混合器(其上有三个外部接口，分别连接下灰车、清水泵、循环泵，主要完成压力水与干水泥混合的一次混浆和混浆罐内水泥浆的二次混浆)、搅拌器(用于搅拌混浆罐内的水泥浆)。
（3）、混浆作业混浆系统工作原理：
&&&&& 混浆系统的工作原理如下:灰罐的干水泥经过管线输送到高能混合器，清水泵在液压马达的驱动下，向高能混合器提供有一定压力的清水。清水进入高能混合器后，在高能混合器内部形成高速喷射的水流，并形成真空将干水泥吸入高能混合器，与流体混合形成一次混浆。混合后的泥浆在泥浆槽中经液压系统驱动的搅拌叶片进一步混合，由泥浆循环泵将混合后的泥浆经过加压再次输送到高能混合器，实现水泥浆的二次和多次混合。循环泥浆管线的旁路上装有U形密度计，它将水泥浆的真实密度反馈给计算机，并在计算机屏幕上显示。操作者通过液压机构调整下灰计量阀开口大小，让泥浆密度自动控制到设定密度。充分混合后达到要求的泥浆通过增压泵输送到三缸柱塞泵进行固井作业。混浆系统的动力来自各离心泵提供，由于有多个离心泵同时工作和野外施工的实际要求，采用液压进行驱动。
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