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摘 要：围绕新工艺、新技术、新材料对固井水泥浆体系技术发展现状进行了探讨，对固井水泥浆体系进行了分析，以期为促进固井水泥浆体系应用与研究提供理论参考。
关键词：水泥浆体系；水泥浆技术；探讨
固井技术一直是随着钻井技术的进步而发展，固井材料、油井水泥外加剂及工艺技术措施已经发生了深刻的变化，研究开发和应用了许多新工艺、新技术、新材料，基本适应了油田勘探开发的需要。经过多年的研究与攻关，国内固井技术已经取得了长足的发展，基本形成了系列配套的固井材料、工具及相应固井工艺技术措施，随着勘探开发的深入，固井技术也将得到进一步的完善和发展。主要表现在油井水泥的扩充与完善，油井基本水泥由一两种发展到13种；油井水泥外加剂已发展到14大类200多个品种；普遍采用计算机控制技术对配浆过程进行连续监控，注水泥设备向操作自动化、密度控制精确化方向发展。
1油井水泥与外加剂
固井材料作为层间封隔和保护套管目的的主要载体，一直是固井设计的重中之重的环节，也是固井领域研究的主要方面，它包括：基本水泥、混合水、外掺料和外加剂。外掺料主要是用来提高或降低水泥浆的密度，改善水泥石的高温性能、渗透率、韧性等力学性能等的材料；外加剂则是可以改变水泥浆的凝结时间、流变性能、游离性能和提高水泥浆的防窜性能与保护油气层，并对水泥石的力学性能产生影响等材料。
1.1特种水泥
常规油井水泥匹配外加剂和外掺料已基本能满足固井的需要，但为了满足一些特殊地质、环境和工程需要，如：严重漏失、窄间隙、超低密度、超高温等，就需开发一些特种水泥。在美国，基本水泥除了API油井水泥外，还包括高铝水泥、矿渣、矿渣和水泥混合物、酸溶水泥和合成树脂水泥等特种水泥，而且还市售一些不同细度和不同密度的水泥及混合物，使用起来非常方便。
1.2油井水泥外加剂和外掺料
目前油井水泥外加剂和外掺料已发展到14大类数百个品种，主要包括：降失水剂、缓凝剂、促凝剂、分散剂、充填剂和密度减轻剂、防气窜剂、增密剂和加重剂、抑泡和消泡剂、游离液控制和固体悬浮剂、胶结增强剂和膨胀剂、减少或防止高温强度衰退的硅质材料，减少和防止井漏的外加剂和外掺料，特种水泥混合物、隔离液和冲洗液等。通常我们将掺量小于或等于水泥质量的5%的固井材料称为外加剂，外加剂在水泥浆体系中主要依靠物理作用、化学作用或物理化学作用，如吸附、絮凝、分散、络合，来发挥其作用；而将超过水泥质量的5%的材料，称为油井水泥外掺料，外掺料一般是指的是硅粉、加重剂、减轻剂、微硅等。
1.3油井水泥外加剂主要进展
（1）降失水剂。研制开发了适应更宽温度和密度范围、抗盐和抗高温的高性能降失水剂。（2）用于深水固井的特殊外加剂。（3）泡沫水泥浆外加剂。（4）改善水泥石性能的外加剂。（5）满足特殊地质条件下的水泥外加剂
1.4外加剂、外掺料与国外的差距
我国油井水泥外加剂在大类上已与国外各大公司基本相一致，并相继开发了与国际同步的降失水剂、缓凝剂和分散剂，但与国外著名服务公司相比仍存在下列差距：品种单一，各生产厂家产品相类似；产品过于大众化，而且研究得不够透彻，精细化程度低，缺少高性能的分散剂和缓凝剂；对外掺料的研究不够深入，缺乏高性能的加重剂和减轻材料的研究；系列化程不够，缺乏超低温（低于15℃）、超高温（高于220℃）配套的外加剂体系；不能满足特殊井的水泥浆体系；产品材料的原创性较差，少有具有自主知识产权的原创技术。
2水泥浆体系
由于不同的水泥、混合水、外加剂、外掺料之间的相容性差异，决定了固井材料在使用中不是简单的叠加，必须将这些材料优化组合才能满足各种地质条件、井下温度压力环境和固井工艺的要求。围绕高温、高密度、低温、低密度，含盐，及漏、窜、压稳等特殊条件，开发出了不同类型的水泥浆体系、前置液体系
2.1防气、水窜水泥浆体系
流体窜流是我国各油田固井过程中普遍遇到的问题，它包括气体窜流和水窜流。根据失重理论、界面胶结理论、微裂缝-微裂隙理论等概念，国内相继开发不渗透水泥、KQ防气窜水泥、微粒硅水泥以及泡沫水泥等防气窜水泥浆体系。
2.2超低密度高强度水泥浆体系
根據紧密堆积理论已开发了高强度低密度水泥浆技术，当水泥浆密度为1.1g/cm3时，其24小时的抗压强度可以达到14MP a以上，基本可以和纯水泥相媲美，而且具有较好的堵漏和防窜性能，水泥浆失水可以控制在50ml以下，已在胜利、大港、长庆和伊朗的欠平衡钻井中得到应用，并取得了好的效果。国内利用美国3M公司的漂珠，水泥浆密度可以降低到0.96 g/cm3左右。
2.3高密度水泥浆体系
斯伦贝谢公司开发的DensCRETE水泥，利用合理的水泥和超细球型的Micromax加重剂的粒径分布以及各材料的紧密堆积，配制出流动性能良好的高性能水泥浆（最高密度可达2.9g/cm3），已在墨西哥、阿曼和我国的南海等油田使用。国内的高密度水泥浆基本上还是采用普通加重剂的方法，如通过钛铁矿石、赤铁矿石、重晶石等手段来提高水泥浆的密度，国内油田利用优选赤铁矿粉和配套的外加剂研制了密度高达2.6g/cm3的水泥浆体系解决了异常高压油气夹层和盐水侵固井难题。
2.4可膨胀水泥浆体系
为了补偿水泥石在凝固过程中体积收缩问题，提高胶结强度，保证固井质量，人们开发出了可膨胀水泥浆体系，依据膨胀源和作用机理的不同，常用的油井水泥膨胀材料可分为两大类：① 晶体膨胀材料，主要依靠膨胀源晶体材料重结晶或晶形时转变产生的结晶膨胀压，将化学能转变为机械力对外做功，其膨胀特性不受压力和温度（但钙矾石类膨胀源受温度制约）的影响。② 发气材料，依靠外加剂与水泥浆反应产生气体，其膨胀源为可压缩气体。
2.5（增韧）塑性水泥浆体系
薄油层和地层间隔小的油层的开采，都要求水泥环必须有较高的韧性。 包括纤维水泥和胶乳水泥。
水泥石的韧性是保证井下水泥环长期封隔效果的主要性能参数，在短期固井质量（24～72h胶结测井）评价中难以体现其特性。受行业管理体制、固井材料定额和CBL/VDL测井方法的限制，这一重要性能指标常被忽视，而过分强调水泥石的抗压强度指标。对水泥石的力学特性上，缺少韧性的标准评价方法和技术参数；也没有相应的标准规定多大的韧性将满足各种工程要求。
关键词：水泥浆体系；水泥浆技术；探讨
固井技术一直是随着钻井技术的进步而发展，固井材料、油井水泥外加剂及工艺技术措施已经发生了深刻的变化，研究开发和应用了许多新工艺、新技术、新材料，基本适应了油田勘探开发的需要。经过多年的研究与攻关，国内固井技术已经取得了长足的发展，基本形成了系列配套的固井材料、工具及相应固井工艺技术措施，随着勘探开发的深入，固井技术也将得到进一步的完善和发展。主要表现在油井水泥的扩充与完善，油井基本水泥由一两种发展到13种；油井水泥外加剂已发展到14大类200多个品种；普遍采用计算机控制技术对配浆过程进行连续监控，注水泥设备向操作自动化、密度控制精确化方向发展。
1油井水泥与外加剂
固井材料作为层间封隔和保护套管目的的主要载体，一直是固井设计的重中之重的环节，也是固井领域研究的主要方面，它包括：基本水泥、混合水、外掺料和外加剂。外掺料主要是用来提高或降低水泥浆的密度，改善水泥石的高温性能、渗透率、韧性等力学性能等的材料；外加剂则是可以改变水泥浆的凝结时间、流变性能、游离性能和提高水泥浆的防窜性能与保护油气层，并对水泥石的力学性能产生影响等材料。
1.1特种水泥
常规油井水泥匹配外加剂和外掺料已基本能满足固井的需要，但为了满足一些特殊地质、环境和工程需要，如：严重漏失、窄间隙、超低密度、超高温等，就需开发一些特种水泥。在美国，基本水泥除了API油井水泥外，还包括高铝水泥、矿渣、矿渣和水泥混合物、酸溶水泥和合成树脂水泥等特种水泥，而且还市售一些不同细度和不同密度的水泥及混合物，使用起来非常方便。
1.2油井水泥外加剂和外掺料
目前油井水泥外加剂和外掺料已发展到14大类数百个品种，主要包括：降失水剂、缓凝剂、促凝剂、分散剂、充填剂和密度减轻剂、防气窜剂、增密剂和加重剂、抑泡和消泡剂、游离液控制和固体悬浮剂、胶结增强剂和膨胀剂、减少或防止高温强度衰退的硅质材料，减少和防止井漏的外加剂和外掺料，特种水泥混合物、隔离液和冲洗液等。通常我们将掺量小于或等于水泥质量的5%的固井材料称为外加剂，外加剂在水泥浆体系中主要依靠物理作用、化学作用或物理化学作用，如吸附、絮凝、分散、络合，来发挥其作用；而将超过水泥质量的5%的材料，称为油井水泥外掺料，外掺料一般是指的是硅粉、加重剂、减轻剂、微硅等。
1.3油井水泥外加剂主要进展
（1）降失水剂。研制开发了适应更宽温度和密度范围、抗盐和抗高温的高性能降失水剂。（2）用于深水固井的特殊外加剂。（3）泡沫水泥浆外加剂。（4）改善水泥石性能的外加剂。（5）满足特殊地质条件下的水泥外加剂
1.4外加剂、外掺料与国外的差距
我国油井水泥外加剂在大类上已与国外各大公司基本相一致，并相继开发了与国际同步的降失水剂、缓凝剂和分散剂，但与国外著名服务公司相比仍存在下列差距：品种单一，各生产厂家产品相类似；产品过于大众化，而且研究得不够透彻，精细化程度低，缺少高性能的分散剂和缓凝剂；对外掺料的研究不够深入，缺乏高性能的加重剂和减轻材料的研究；系列化程不够，缺乏超低温（低于15℃）、超高温（高于220℃）配套的外加剂体系；不能满足特殊井的水泥浆体系；产品材料的原创性较差，少有具有自主知识产权的原创技术。
2水泥浆体系
由于不同的水泥、混合水、外加剂、外掺料之间的相容性差异，决定了固井材料在使用中不是简单的叠加，必须将这些材料优化组合才能满足各种地质条件、井下温度压力环境和固井工艺的要求。围绕高温、高密度、低温、低密度，含盐，及漏、窜、压稳等特殊条件，开发出了不同类型的水泥浆体系、前置液体系
2.1防气、水窜水泥浆体系
流体窜流是我国各油田固井过程中普遍遇到的问题，它包括气体窜流和水窜流。根据失重理论、界面胶结理论、微裂缝-微裂隙理论等概念，国内相继开发不渗透水泥、KQ防气窜水泥、微粒硅水泥以及泡沫水泥等防气窜水泥浆体系。
2.2超低密度高强度水泥浆体系
根據紧密堆积理论已开发了高强度低密度水泥浆技术，当水泥浆密度为1.1g/cm3时，其24小时的抗压强度可以达到14MP a以上，基本可以和纯水泥相媲美，而且具有较好的堵漏和防窜性能，水泥浆失水可以控制在50ml以下，已在胜利、大港、长庆和伊朗的欠平衡钻井中得到应用，并取得了好的效果。国内利用美国3M公司的漂珠，水泥浆密度可以降低到0.96 g/cm3左右。
2.3高密度水泥浆体系
斯伦贝谢公司开发的DensCRETE水泥，利用合理的水泥和超细球型的Micromax加重剂的粒径分布以及各材料的紧密堆积，配制出流动性能良好的高性能水泥浆（最高密度可达2.9g/cm3），已在墨西哥、阿曼和我国的南海等油田使用。国内的高密度水泥浆基本上还是采用普通加重剂的方法，如通过钛铁矿石、赤铁矿石、重晶石等手段来提高水泥浆的密度，国内油田利用优选赤铁矿粉和配套的外加剂研制了密度高达2.6g/cm3的水泥浆体系解决了异常高压油气夹层和盐水侵固井难题。
2.4可膨胀水泥浆体系
为了补偿水泥石在凝固过程中体积收缩问题，提高胶结强度，保证固井质量，人们开发出了可膨胀水泥浆体系，依据膨胀源和作用机理的不同，常用的油井水泥膨胀材料可分为两大类：① 晶体膨胀材料，主要依靠膨胀源晶体材料重结晶或晶形时转变产生的结晶膨胀压，将化学能转变为机械力对外做功，其膨胀特性不受压力和温度（但钙矾石类膨胀源受温度制约）的影响。② 发气材料，依靠外加剂与水泥浆反应产生气体，其膨胀源为可压缩气体。
2.5（增韧）塑性水泥浆体系
薄油层和地层间隔小的油层的开采，都要求水泥环必须有较高的韧性。 包括纤维水泥和胶乳水泥。
水泥石的韧性是保证井下水泥环长期封隔效果的主要性能参数，在短期固井质量（24～72h胶结测井）评价中难以体现其特性。受行业管理体制、固井材料定额和CBL/VDL测井方法的限制，这一重要性能指标常被忽视，而过分强调水泥石的抗压强度指标。对水泥石的力学特性上，缺少韧性的标准评价方法和技术参数；也没有相应的标准规定多大的韧性将满足各种工程要求。