文章编号:1000-7393(2005)05-0043-03影响油井水泥浆流变性的因素3黄河福1,2田洪亮1王瑞和1步玉环1(1.中国石油大学石油工程学院,山东东营257061;2.滇黔桂石油管理局钻井公司钻探一公司,山东临盘251500)摘要油井水泥浆的流变性是注水泥施工的一个重要工艺参数,是水泥浆配方设计的核心以及安全施工的前提。分别从油井水泥浆组成成分(石膏加量、比表面积、分散剂)、工作环境(温度、压力)、施工参数(搅拌速度、搅拌时间)和水泥浆的水灰比等方面通过试验来研究影响水泥浆流变性的因素。研究结果表明:随石膏掺量的增多,水泥颗粒的比表面积增加,水泥浆的流动性能随之变差,而比表面积为320～350m2/kg时,水泥浆流变性能变化不大;提高搅拌速度和增长搅拌时间能提高水泥浆流变性能;随温度的升高水泥浆的流变性表现为先提高后变差的变化趋势,该试验条件下当温度高于70℃时水泥浆的流变性能明显变差,但压力对于水泥浆流变性影响不大。关键词油井水泥浆流变性影响因素工作环境中图分类号:TE254.1文献标识码:A固井过程中,油井水泥的作用是把油气水层封隔开来,因此水泥浆和水泥环性能的优劣决定着固井工程质量的好坏。国内外的有关理论研究和实践经验认为[1～6],油井水泥浆的流变性能决定着水泥浆在环形空间的流态,故油井水泥浆的流变性是水泥浆配方设计的核心以及安全施工的前提。通过试验研究了水泥浆组成成分、工作环境、施工参数及水灰比对油井水泥浆流变性的影响。1水泥浆组分对流变性的影响1.1石膏加量对水泥浆流变性的影响图1为在常压、20℃情况下测定水泥浆中石膏含量对水泥浆流变性影响的试验数据图。图1不同石膏含量水泥的流变性能从图1中可以看出,随着水泥中石膏加量的增大,水泥浆的流性指数n变小而稠度指数K增大,说明随着水泥中石膏含量的增加,流动性能逐渐变差,因此在水泥浆中应适当控制石膏的掺加量。在水泥浆初始水化时,当石膏加量变大时,由于石膏在水溶液中的溶解,使水泥浆中含有一定量的SO42-。在有OH-、碱和硫酸盐离子存在的条件下,发生化学反应,生成针状棱柱体的钙矾石,即AlO42-+3SO42-+6Ca2+→C6A�S3H32使水泥浆中的网状结构形成速度加快,同时C3A的溶解度降低,造成水泥浆流变性能变差。随水泥浆中石膏加量的增大,SO42-和Ca2+的浓度增加,而液相中所含的铝酸盐离子浓度相对变低,从而SO42-和Ca2+都很快达到饱和,此时会迅速形成大量的二水石膏晶体,从而使水泥浆的流变性迅速变差,甚至失去流动性。1.2比表面积对水泥浆流变性的影响图2是在常压、20℃条件下进行的不同比表面积水泥浆流变性能试验结果。从图2可以看出,随着水泥比表面积的增加,水泥浆的n值变小,而K值变大,说明水泥浆的流动性能变差。同时也可看出,当水泥比表面积在320～350m2/kg范围内,n值曲线和K值曲线变化都相对比较小,即在这个范围内,随着比表面积的变化,水泥浆流变性能变化不第27卷第5期石油钻采工艺Vol.27No.52005年10月OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYOct.20053作者简介:黄河福,1961年生。1984年毕业于华东石油学院钻井工程专业,现在攻读博士学位,一直从事固井工程方面的作业及研究工作。电话:13573438899。大。这样可知只要对于水泥的比表面积控制适当,比表面积对于水泥浆的流变性的影响不是很大。图2不同比表面积水泥的流变性能当水泥颗粒的比表面积增大时,水泥颗粒与其他物质接触的面积增大,水泥颗粒将吸附更多的水分子,使水化反应加剧;同时,水泥浆颗粒将受到周围更多颗粒作用力的影响,颗粒间形成的固定作用力体系将更难以打破,根据DLVO理论,水泥浆体系表现为剪切应力变大,流变性变差难以进行变形。1.3分散剂对水泥浆流变性的影响图3分别给出了在常压、20℃条件下,水灰比0.44的胜潍G级水泥随分散剂SF加量的增加水泥浆n、K值的变化规律。从图3中可以看出,n值和K值在分散剂SF加量低于0.2%时变化不大,而当SF加量大于0.2%时,n值快速上升,K值迅速下降。说明分散剂SF对于水泥浆流变性的影响效果明显,能大幅度地改善油井水泥浆的流变性。图3SF分散剂对水泥浆流变性的影响文献[1～5]表明,加入分散剂的水泥浆的屈服值和黏度都是减小的,且随所加入的分散剂的浓度增加而减小,掺有分散剂的水泥浆的流变性更接近牛顿流型...
