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习题水泥

习题（水泥）

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℃、35.6MPa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。