介紹內容第一部分水泥漿的性能及其影響因素第二部分選用外加劑應注意的方面第三部分適合井況要求的水泥漿設計1第一部分

水泥漿的性能及其影響因素

2一、描述油井水泥

及水泥漿性能的參數水泥漿的性能

(現行)國家和API標準★密度★自由水(析水)★濾失量(失水)★稠化時間★流變性能★水泥石抗壓強度★水泥石滲透率水泥的性能★自由水★抗壓強度★安定性★細度★稠化時間水泥漿的性能

(原)國家標準★密度★流動度★凝結時間★水泥石抗折強度3二、水泥漿的性能1、水泥漿密度水泥漿密度是一個重要參數，主要由水泥、水、外加劑和外摻料的比例控制。一般含水量越小，密度越大。混合水最小水量最大水量不可泵送可泵送泵4

（1）用水量：水化需水量、標準用水量、最小用水量、最大用水量。

水化需水量：在正常情況下，水泥水化和凝固的需水量一般為水泥質量的25％左右。而水泥漿具有可泵性的最小含水量為38％。可見，實際水泥漿存在較大的游離水，主要以束縛水和自由水的形式存在。5

標準用水量：按照水泥正常水灰比的加水量。如G級44％，A、B級46％，C級56％，D、E、F、H級38％。

正常用水量：根據“水泥漿含水量的確定”，在室溫下，水泥漿的常壓稠度的最大值≤11ABc的含水量。

最小用水量：根據“水泥漿含水量的確定”，在室溫下，水泥漿在常壓稠化儀中攪拌20min，其最大稠度為30ABc的含水量。6

最大用水量：為了使水泥顆粒保持懸浮，直至凝固，根據“水泥漿含水量的確定”，在27℃條件下，水泥漿游離水不大于1.4％的含水量。

最佳用水量：根據“水泥漿含水量的確定”，在室溫下，水泥漿在常壓稠化儀中攪拌20min的最大稠度不大于11ABc，且游離水不大于1.4％的含水量。

在配制水泥漿時應滿足2個指標，稠度和游離水含量。對它們的要求是隨不同的注水泥類型而改變的。這與油井水泥的質量檢驗是兩個概念（如標準規定，任何水泥漿在增壓稠化儀中稠化1530min的最大稠度應小于30BC，對G級和H級水泥，游離水還應小于1.4%）。7

（2）密度設計：根據井下條件和施工作業的要求進行密度設計。設計準則：

①滿足井下壓力條件限制。靜液柱壓力必須大于地層孔隙壓力，靜液柱壓力與流動阻力之和必須小于地層破裂壓力。

②滿足頂替效率的密度差要求。尾漿＞領漿＞前置液＞鉆井液。可能的條件下，考慮密度差0.120.24g/cm3，但密度越大，流動阻力也越大。8

③滿足水泥石強度和膠結要求。對于尾漿，特別是封隔油氣層段的水泥漿，應盡量使用標準密度（同時，也有利于降低滲透率和孔隙度）。非膠凝材料加重劑和減輕劑應盡量少加。9（3）密度的調節方法：用加入外加劑和外摻料調節水泥漿的密度。水泥漿的正常密度范圍是1.781.98g/cm3。

低密度水泥：加減輕劑。主要有空心微珠、硅灰、粉煤灰、硅藻土、水玻璃、膨潤土等。

高密度水泥：加分散劑減水和加重劑。加重劑主要有重晶石、鈦鐵礦粉、鐵礦粉、鹽等。10（4）密度的測量方法：常壓鉆井液密度計、加壓鉆井液密度計、振蕩管密度計和核密度計等。

影響密度測量準確性的因素：溫度壓力、排量、水泥漿混合效率、空氣混入、漿體穩定性、安放密度計的位置和取樣間隔等。112、水泥漿的穩定性水泥漿的穩定性，已越來越得到人們的重視。實踐已證明，許多水泥漿由于配方設計不合理，穩定性差，固相顆粒產生沉降，析出自由水。因此，容易形成橋堵或油氣水竄流通道，特別是水平井和大斜度井更容易在井眼上側形成連通的自由水帶和在下側形成固相沉降墊層引起竄槽。12（1）穩定性的表示方法：水泥漿的穩定性一般可用游離水量（水泥石的體積收縮量）、水泥柱的縱向密度分布和表示。

實際應用中，只要存在上述情況之一，都認為水泥漿是不穩定的，即：垂直水泥柱存在較大的密度梯度，和/或水泥漿靜止2小時游離出較大的自由水。這兩種現象單獨發生，也可以同時出現。13（2）穩定性的測量方法：①API標準的自由水；②水泥柱縱向收縮；③水泥柱縱向密度梯度（分布）。14（3）提高穩定性的方法：提高水泥漿穩定性就是降低游離水量和沉降量，主要方法是增加漿體粘度和靜切力。

增加水泥漿的粘度：減少用水量（增加水泥或減輕劑或加重劑）、增加固相物細度、加入增粘聚合物（一般受溫度影響大）。15增加水泥漿的靜切力（膠凝強度）：一般可加入AlCl3、FeCl3和硫酸鋁等。應注意的問題：應區分概念膠凝與絮凝。流變學角度，膠凝是由靜止而產生的觸變性，施加外力即可恢復流動；而絮凝則是生成具有結構性的絮凝物，施加外力不能分散流動，只能整體移動。化學角度，膠凝是生成具有膠體結構的凝膠；絮凝則是生成沉淀物。

應注意靜切力提高值應適當。要充分估計停泵一定時間內能開泵循環和不壓漏地層。163、水泥漿的流變性流變參數是描述水泥漿在外力作用下，產生流動的特點的參數。它的合理描述和準確測量，直接影響準確計算注水泥過程的流動摩阻壓力。常用流變模式參數有：PV、YP(賓漢)，n、k(冪律)，YP、n、k(赫巴)等。17（1）流變性能的測定方法：常壓、常溫或中溫（82℃）,用范式35型粘度計；高溫高壓下，用增壓流變儀，如7400型流變儀。

只有正確的描述（模型選擇）和測出（測試儀器和條件）水泥漿的流變性能，才能準確計算注水泥的流動摩阻，合理的安排地面設備，防止發生井下事故（漏失），提高頂替效率。18（2）流變性能的影響因素：水泥漿的流變學性質，不僅受其本身水化過程的影響，還受溫度、壓力、剪切時間、水灰比、外摻料和外加劑等的影響。19①溫度的影響一般情況下，溫度對水泥漿流變性能有很顯著的影響，其影響的程度往往與外加劑體系有關。流變參數27℃50℃75℃90℃120℃150℃175℃YP，Pa8.136.574.371.880.55//PV，Pa.s0.62190.58650.33440.26520.20930.14210.1419注水泥漿密度ρc=2.25g/cm3，壓力為15MPa。20②壓力的影響一般情況下，壓力對流變性能的影響不如溫度明顯。流變參數常壓20MPa40MPa60MPa80MPa100MPaYP，Pa4.665.495.916.036.156.21PV，Pa.s0.47480.55260.59560.59930.67030.6122注水泥漿密度ρc=1.91g/cm3，溫度為75℃。21③密度的影響隨密度的增加，水泥漿的流變性能有較明顯的影響。

這也是在易漏失井注水泥時，限制施工密度波動上限的因素之一。流變參數水泥漿密度，g/cm31.701.771.801.851.912.07YP，Pa1.9132.8054.3350.9311.7724.355PV，Pa.s6.06.89.811.329.376.5224、水泥漿的濾失量水泥漿中的自由水在壓差作用下，通過井壁滲入到地層中的現象。

API根據大量實踐和研究，總結出了公認的濾失量控制情況。控制很好：＜200ml控制中等：200500ml

控制較差：5001000ml

不能控制：＞1000ml231982年D.K.Smith指出，6.9MPa下，不同用途的水泥漿的濾失量，應達到以下要求：防氣竄：3050ml/30min固尾管和擠水泥：≤50ml/30min固套管：≤250ml/30min

防竄水泥漿在BHST下測定，其余在BHCT下測定。24（1）降低濾失量的目的降低水泥漿的濾失量，能防止因滲透性地層的濾失作用引起施工事故和油氣層的損害。25①防止施工事故水泥漿濾失量過大，會造成以下情況：生成過厚的濾餅，泵壓增加，可能憋漏地層；過早的脫水，有瞬凝的危險；縮短稠化時間，導致過早凝結；降低水泥石強度；環空橋塞，產生層間竄流。26②防止油氣層損害水泥漿濾失的濾液所造成的對油氣層的損害，是長期關注的問題。濾液侵入使粘土膨脹、絮凝及坍塌；與地層水反應生成沉淀；與鉆井液濾液反應生成沉淀。27（2）降低濾失量的方法在油氣井注水泥中，降低水泥漿濾失量的方法有：降低水灰比，減少自由水；改善水泥漿固相顆粒的粒度級配，增加微米級細顆粒的含量；加入降失水劑：

增加水的粘度；

迅速形成致密濾餅。

值得注意的是：選擇能迅速生成濾餅，而不明顯增加粘度的材料作降失水劑最好。典型的有膠乳和非滲透劑。28（3）降失水劑類型常用的降失水劑主要有兩大類：微粒和水溶性高聚物。①微粒材料無機固相材料，如粘土、超細鈣、微硅等；油溶有機材料：如膠乳。常用的有丁苯膠乳（176℃）、二氯乙烯和聚醋酸乙烯酯（低于℃）等。②水溶性高聚物主要包括：合成的水溶性聚合物和改性的天然高分子聚合物。295、稠化時間在注水泥施工中，由于水泥顆粒的不斷水化，水泥漿的粘度將逐漸增加，直至增稠至不能流動。為了保證注水泥作業的施工安全，必須事先測定水泥漿在與井內相同溫度和壓力下的稠化時間，作為施工作業時間的依據。30（1）可泵性與稠度對水泥漿的可泵性與稠度的關系，目前仍然說法不一，但一般認為：容易泵注：520BC；

不易泵注：2030BC；難于泵注：3040BC；不能泵注：＞40BC（也有認為高密度＞50BC）；

易沉降，伴有自由水：＜5BC（也有認為＜2BC）。

值得注意：說法雖不一，并無防礙，因用稠度描述可泵性只是定性的，實際施工中是以流變性作定量設計的。31（2）稠化時間與初終凝時間的關系初終凝時間是用韋卡儀在靜止狀態下測得的，稠化時間是用稠化儀，在水泥漿始終處于運動狀態下測得的。盡管所用儀器和水泥漿所處狀態都不相同，但仍存在一定的關系。以下是摘錄自蘇聯一專利的數據。32稠化時間與初終凝的關系從表中數據可以看出，一般情況下，稠化時間比初凝時間提前，大約在15~30min之間。國內作初凝時間一般都是在常壓下進行。溫度相同，壓力不同時就沒有這種關系。序號密度g/cm3水灰比溫度×壓力℃×MPa流動度cm稠化時間min初凝min終凝min11.820.5100×4023130150170140×5025160180200160×7027195210230180×802920022025022.190.32100×4020135160195160×70175195220180×10022025027531.780.45100×4021120145170140×50140170200160×70230215240336、水泥石強度（抗壓強度）固井注水泥的目的之一，就是在井壁與套管之間保持良好的封隔，在正常生產時間內的任何時候，都不允許地層流體或完井液通過水泥環在環空中流動。

（1）水泥石強度作用主要包括3方面的含義：承受地層壓力；支撐套管；封隔地層。34（2）水泥漿的固結特性要保證水泥石與套管和地層之間的膠結質量，達到有效封隔地層，應考慮兩個膠結特性：剪切膠結力和水力膠結力。①剪切膠結力：支撐套管的自重。一般通過測量水泥石與套管間開始產生移動時的作用力確定，用單位接觸面積上所需作用力的大小表示。一般情況下，剪切膠結強度為抗壓強度的10~20%。

值得注意：水泥環達到最大剪切膠結強度的時間與養護溫度有關（如20℃為7d，70℃為3d），且最大剪切膠結強度的大小與表面粗糙度和溫度有關（粗糙度增加最大膠結強度增加，溫度升高最大膠結強度一般要降低）。35

②水力膠結力：水力是阻止流體在環空中竄移的能力，一般通過測定套管與水泥環之間開始滲漏的壓力確定。對于有效封隔地層來說，水力膠結強度比剪切膠結強度的作用更大。367、水泥石的滲透率滲透率是一定壓力下，水泥石允許流體通過的特性，單位μm2。一般情況下，對水泥石滲透率不作要求，用于封固腐蝕性地層應盡量降低滲透率。37第二部分

選用外加劑應注意的方面

38在選用水泥外加劑時，應該注意的問題有：首先要考慮選擇同一公司或廠家的系列產品，否則，必須進行相容性試驗；緩凝劑應選擇適應溫度范圍廣，稠化時間與加量的線性好的產品；降失水劑應選擇能形成致密薄濾餅的產品；分散劑應選擇不起泡或消泡容易的產品。391、外加劑對溫度的敏感性外加劑的效果容易受到井下溫度的影響，使用時，必須認真考慮外加劑的適應溫度界限。一般認為，在接近適應溫度上限時，通常就不再選用，而應選用適應溫度更高一級的產品。這樣，不僅能保證設計性能要求，而且能使性能穩定可靠。402、外加劑對濃度的敏感性外加劑對濃度的敏感性，主要考慮緩凝劑，其它外加劑對濃度的敏感性常常影響不大。緩凝劑濃度與稠化時間的呈現以下關系：（1）與濃度成線性（2）與濃度成冪律型（3）與濃度成對數關系（4）與濃度成不規則變化。413、最佳配方的設計方法在水泥漿配方的設計中，使它的各項性能都達到設計要求，通常是較難的。一般是在保證稠化時間不太長的前提下，調節降失水劑與分散劑的加量，以便具有較低的失水和良好的可泵性。在實驗室，應仔細測定降失水劑與分散劑的濃度比（它們之間的作用是相當復雜的），以使最小的加量達到最佳的效果。也就是說，應該綜合考慮降失水劑和分散劑的比例，以達到成本最低，效果最好。424、外加劑的混合順序通常，外加劑的加入順序為：

消泡劑、降失水劑、分散劑、緩凝劑。當然，實際外加劑體系的加入順序，應根據外加劑廠家的推薦，通過室內試驗測定，并把確定的順序以報告的形式告知固井作業人員，以便正確施工。43第二部分

適合井況要求的水泥漿設計

44一、水泥漿體系研究與控制因素1、水泥漿體系的控制因素外加劑、外摻料類型及性能；優選外加劑組配；外摻料與水泥間粒度級配。452、水泥漿主要特殊性能及控制

(1)穩定性評價分析API自由水不足以反映體系穩定性高密度水泥漿體系固相顆粒沉降控制途徑固相顆粒下沉速度取決于密度差﹑細度；體系保持穩定性應具有的最小靜切應力和顆粒下沉速度；低密度體系應選擇相對密度較高﹑顆粒較細的減輕劑；高密度體系應選擇相對密度較低﹑顆粒較細的加重劑。合理的外摻料級配有助于提高體系穩定性46(2)流變性研究流變性對固井作業的影響配漿密度控制；設計性能與實際性能出現差異；作業設計與實際執行效果。配方組份對流變性控制的響應固相材料的合理搭配能改善流動性與穩定性的協調；不能過量使用減阻劑犧牲體系穩定性；復配、減阻、調凝、降失水要掌握單劑效能；調節流變性必須注意總體性能協調。47高溫高壓對水泥漿流變性能的影響

溫度對水泥漿流變性影響顯著；壓力對水泥漿流變性影響有一定作用范圍；配方變化會使HTHP流變性出現不同的響應方向；流變性在HTHP下的變化會導致摩阻增加或降低，影響平衡壓力設計和頂替流態設計；高溫高壓流變性必須用專門手段測定掌握；三參數流變模式能更好的描素流變特性，計算機輔助設計是必備手段。48溫度壓力對泥漿與水泥漿流變性的影響高溫高壓下水泥漿流變性將發生較大變化。49(3)水泥漿體系防竄性能的研究與設計根據水泥漿失重機理提出防竄水泥技術路線

延緩水泥漿膠凝速度，盡量延長液態非膠凝時間；

縮短水泥漿的過渡時間，加快過渡期膠凝強度的發展；

控制API濾失量，盡量減小化學體積收縮，提高致密度；

合理組配外摻料、外加劑，增大氣侵阻力及其變化速率。50防竄外加劑評價選擇

高效降失水并提高有效粘度；封堵孔隙，增大氣體運移阻力，形成觸變；維持高孔隙壓力，延緩壓降速度；緩凝劑有效延長非膠凝時間；優化組合使用外加劑，合理發揮主效功能。51二、水泥漿設計為適應各種井況固井的要求，根據要封固井的地質條件的不同，水泥漿可分為：按密度分：高密度水泥漿；低密度水泥漿。按特定功能分：大斜度井或水平井固井水泥漿、防竄水泥漿、抗鹽水泥漿、抗腐蝕水泥漿、增塑抗沖擊（防裂）水泥漿等。52以下簡單介紹幾類典型水泥漿的設計方法和設計中應重點考慮的問題。53一、高密度水泥漿包括高密度和超高密度。一般認為，高密度：2.00~2.30g/cm3；

超高密度：＞2.30g/cm3。541、高密度水泥漿體系的設計難點

水泥漿密度高，需要加入的加重劑的比例大，如何解決水泥漿體系的懸浮穩定性與流動性，水泥石的強度與漿體密度之間的矛盾，是高密度水泥漿設計的難點。552、重點要解決的技術難題

（1）在滿足配漿和注替漿對流動性性能要求的前提下，如何保證水泥漿在注替過程中停泵時沉降穩定性和凝結過程中的體積穩定性，包括析水、水泥石密度分布和凝結過程體積收縮等；（2）在滿足密度要求的條件下，由于加重劑的加入量高，水泥膠結相的減少，如何保證水泥石的強度及其發展。563、高密度水泥漿體系設計的技術關鍵

（1）高密度和超密度水泥漿的穩定性與流動性之間的協調；

（2）高加量加重劑和低膠結相水泥與強度至間的協調。4、研究采取的具體技術方法：（1）選擇恰當的水泥與加重材料配比；（2）體系固相材料應具有合理的粒度級配；（3）外加劑組配應使水泥漿性能易于調節。575、高密度水泥漿配方設計

（1）加重材料的選擇主要考慮3個方面的因素

加重劑粒度分布與水泥相匹配。顆粒太粗易使水泥漿產生沉淀，太細會增加水泥漿粘度；

用水量少，有助于提高強度；

加重劑在水化過程中與其它外加劑有良好的相容性。58篩選加重劑的基本程序漿體密度流動性穩定性抗壓強度稠化時間濾失量初選加重劑確定加重劑59加重劑的選擇與水泥漿密度（a）2.50g/cm3

~2.60g/cm3：特選赤鐵礦粉加重，鐵礦粉密度約4.90~5.00g/cm3；（b）2.30g/cm3~2.40g/cm3：特選赤鐵礦粉與鈦鐵礦粉以適當比例加重；（c）2.20g/cm3

~2.30g/cm3：重晶石、鈦鐵礦粉，或兩者以適當比例加重；（d）2.00g/cm3

~2.10g/cm3：重晶石、鈦鐵礦粉以適當比例加重，或用H級水泥。60（2）高密度水泥漿穩定性和流變性

高密度水泥漿穩定性理論研究結果表明：加重劑下沉速率V與加重劑自身密度ρ0和加重前水泥漿密度ρS的密度差(ρ0-ρS)以及加重劑顆粒直徑d成正比；保持水泥漿穩定的最小靜切力s與密度差(ρ0-ρS)和粒徑均方d2成正比，與漿體塑性粘度ηS成反比。

因此，當加重前的水泥漿密度ρS一定時，應盡可能選擇相對密度較低和顆粒較細的加重劑；加重劑與水泥、熱穩定劑的混合比例適當，使加重劑下沉速度V最低和保持漿體懸浮穩定能力的靜切力s最小。

61外摻料的密度及粒度分布（v，%）外摻料密度g/cm3顆粒直徑，m類別代號10102020383845457575125125熱穩定劑SiO2-1SiO2-1SiO2-3SiO2-42.452.452.482.4832.27.729.30.6166.619.60.12016.4240.26.17.68.00.114.228.713.12.79.5234.121.72100.973.7加重劑Fe2O3-14.987.92.03.21.23.72.0Fe2O3-24.914.214.617.14.713.815.320.3TiO2.Fe2O34.451612.418.66.318.716.611.462序號外摻料加量BWOC外加劑體系密度g/cm3水泥漿穩定性，%自由水體積收縮沉降實驗135%SiO2-1CN或HAL體系1.95000.1235%SiO2-22.02.62.22.81.22.5317.5%SiO2-117.5%SiO2-2000.3435%SiO2-3000.1535%SiO2-41.01.41.21.60.50.8617.5%SiO2-317.5%SiO2-4000.27120%Fe2O3-1CN或HAL體系2.30000.18120%Fe2O3-202.202.52235.59160%TiO2.Fe2O3000.11050%Fe2O3-170%Fe2O3-2000.60.30.71165%Fe2O3-155%Fe2O3-2000.40.20.41280%TiO2.Fe2O360%Fe2O3-2000.40.20.463加重劑的特性及配漿密度

材料密度，g/cm3顏

色配制漿體密度，g/cm3鈦鐵礦4.3～4.5棕黑色2.1～2.4赤鐵礦4.5～5.0棕紅色2.1～2.6重晶石4.2～4.35白

色<2.264水泥漿流變性大量室內研究與現場應用實踐表明：水泥漿流變性能與固井作業中保證地面混配密度、降低流動阻力、調節頂替流態、平衡注水泥、增大水泥石致密性等密切相關。由于固井工程對水泥漿有多方面的性能要求，而這些性能又相互影響和制約。

因此，在設計水泥漿的流變性能時，必須同時兼顧整個工程對水泥漿體系的穩定性、濾失量、稠化時間、抗壓強度等性能的要求，以達到既能滿足安全泵注、良好頂替的要求，又能滿足靜止懸浮穩定、減少回落、提高致密性保證層間分隔效果，以及后續工程作業的要求。65外摻料及外加劑對水泥漿流變性能的影響

序號密度外摻料外加劑流變性能nks011.90/1.5%D1583.0%D80A0.2%D8010.1%CDF-9010.8210.3460.2024.88622.08/2.0%FL1.5%D80A1.0%HR-13L0.1%D1490.8500.3460.2013.60832.2550%Fe2O3-170%Fe2O3-22.0%FL1.5%D80A1.0%HR-13L0.1%D1490.8151.2840.5672.21342.2517.5%SiO2-117.5%SiO2-265%Fe2O3-155%Fe2O3-21.0%D1583.5%D80A0.2%D8010.1%CDF-9010.7850.7330.166613.0652.3565%Fe2O3-155%Fe2O3-22.5%D1583.5%D80A0.2%D8010.1%CDF-9010.8830.2400.2131.05562.3517.5%SiO2-317.5%SiO2-465%Fe2O3-355%Fe2O3-42.0%FL3.0%D80A0.2%HR-13L0.1%CDF-9010.8610.2460.0954.3666（3）高密度水泥漿配方設計

（a）加重劑和熱穩定劑的加量水泥漿密度2.10g/cm3：加重劑0~50%，熱穩定劑35%；水泥漿密度2.20g/cm3：加重劑約50%，熱穩定劑35%；水泥漿密度2.30g/cm3：加重劑150%，熱穩定劑35%；水泥漿密度2.40g/cm3：加重劑170%，熱穩定劑35%；水泥漿密度2.50g/cm3：加重劑200%，熱穩定劑35%；水泥漿密度2.60g/cm3：加重劑300%，熱穩定劑35%。67（b）液體水泥外加劑體系

中溫H級加密實驗，漿體密度為2.10g/cm3

序號外加劑及加量，%流動度cm失水ml90℃稠化時間min降失水緩凝分散懸浮消泡11.00.52.00.050.22026011721.50.52.50.050.22118412532.01.02.50.050.22116021742.51.23.0/0.22122825053.01.53.0/0.222/27862.51.83.0/0.22317229572.52.03.0/0.22223234582.02.53.00.050.22118042368高溫H級加砂加密水泥，漿體密度為2.10g/cm3序號硅砂%外加劑及加量，%流動度cm失水ml120C稠化時間min降失水緩凝分散分散緩凝懸浮消泡1361.00.52.0//0.220.52801082361.50.52.5//0.2212081153362.01.02.50.30.030.2222622274363.01.23.00.50.030.222.5/2575363.01.53.00.5/0.2232483056362.51.83.00.50.030.22319233669中溫高密度水泥漿（2.30～2.35cm3）典型配方

序號鐵礦粉%外加劑及加量，%流動度cmAPI失水ml稠化時間分散降失水緩凝消泡℃min11404.02.00.20.222809516821404.02.00.30.222

9535231404.02.00.40.223

9546741003.01.5/0.222808512051003.01.50.10.222

8520061003.01.50.20.222

8530271403.53.0

/0.223609027570高溫高密度水泥漿（2.30～2.35cm3）典型配方

序號鐵礦粉%硅砂%外加劑及加量，%流動度cm失水ml120℃95MPa稠化時間，min分散降失水緩凝懸浮消泡1140361.23.00.80.10.2221083102140361.23.00.80.080.223603053140361.23.00.90.080.223403304140361.02.01.00.050.222883905140361.02.00.60.10.221801836120361.02.00.80.10.221882407120361.02.00.90.10.221

3808120361.02.01.00.10.221

39871（c）液體水泥外加劑體系（105℃）密度2.30g/cm3高水泥漿的配方及部分性能外加劑及加量，%配漿水鹽濃度％析水％API失水ml105℃稠化時間min120℃抗壓強度MPa降失水劑分散劑緩凝劑防竄劑0.31.2///0.56015816.30.31.50.11.0/

/60215140.31.50.11.010080156/0.31.50.21.01008035413.70.31.50.21.01501123081372（120℃）密度2.30g/cm3高水泥漿的配方及部分性能由表中數據可見，2.30g/cm3的高水泥漿的綜合工程性能良好。在105℃和120℃循環溫度下，失水量控制較好，在100ml左右，析水較低不大于0.5％，水泥石抗壓強度在13MPa左右，稠化時間易于調節。外加劑及加量，%配漿水鹽濃度％析水％API失水ml120℃稠化時間min120℃抗壓強度MPa降失水劑分散劑緩凝劑防竄劑0.31.51.01.0/080335/0.31.51.01.015080260140.31.51.21.0150112/1373（105℃）密度2.40g/cm3高水泥漿的配方及主要性能

外加劑及加量，%配漿水鹽濃度％析水％API失水ml105℃稠化時間min120℃抗壓強度MPa降失水劑分散劑緩凝劑防竄劑0.31.5///0.560172160.31.50.21.0/06019114.20.31.50.21.010080156/0.31.50.41.01008033712.80.31.50.351.015010030513.574（120℃）密度2.40g/cm3高水泥漿的配方及主要性能由表中數據可見，2.40g/cm3的高水泥漿的綜合工程性能良好。在105℃和120℃循環溫度下，失水量控制較好，未超過100ml，析水較低不大于0.5％，水泥石抗壓強度在12MPa以上，稠化時間易于調節。外加劑及加量，%配漿水鹽濃度％析水％API失水ml120℃稠化時間min120℃抗壓強度MPa降失水劑分散劑緩凝劑防竄劑0.31.50.451.0/060195/0.31.50.401.015080130/0.31.50.91.015080210/0.31.51.21.015010032012.275（105℃）密度2.50g/cm3高水泥漿的配方及主要性能

外加劑及加量，%配漿水鹽濃度％析水％API失水ml105℃稠化時間min120℃抗壓強度MPa降失水劑分散劑緩凝劑防竄劑0.251.2/

/0.57295150.31.50.21.0/050174140.31.50.41.0/0/213/0.31.50.51.0//9234213.20.31.50.21.010072150140.31.50.41.010/80188/0.31.50.21.015//186/0.31.50.351.0150100192/0.31.50.51.015//24012.576（120℃）密度2.50g/cm3高水泥漿的配方及主要性能由表中數據可見，2.50g/cm3的高水泥漿的綜合工程性能良好。在105℃和120℃循環溫度下，失水量控制較好，未超過100ml，析水較低不大于0.5％，水泥石抗壓強度大于12MPa，稠化時間易于調節。外加劑及加量，%配漿水鹽濃度％析水％API失水ml120℃稠化時間min120℃抗壓強度MPa降失水劑分散劑緩凝劑防竄劑0.31.50.51.0/060//0.31.51.281.01508027012.577（105℃）密度2.60g/cm3高水泥漿的配方及主要性能

外加劑及加量，%配漿水鹽濃度％析水％API失水ml105℃稠化時間min120℃抗壓強度MPa降失水劑分散劑緩凝劑防竄劑0.31.5///0.57211713.50.31.50.21.0///29112.80.31.50.41.0/080406120.31.50.21.015//167/0.31.50.41.015096350120.31.50.61.015//537/78（120℃）密度2.60g/cm3高水泥漿的配方及主要性能

由表中數據可見，2.60g/cm3的高水泥漿的綜合工程性能良好。

在105℃和120℃循環溫度下，失水量控制較好，未超過100ml，析水較低，不大于0.5％，水泥石強度在12MPa以上，稠化時間易于調節。外加劑及加量，%配漿水鹽濃度％析水％API失水ml120℃稠化時間min120℃抗壓強度MPa降失水劑分散劑緩凝劑防竄劑0.31.50.51.0//72//0.31.50.621.0150/160/0.31.51.071.015/8033412.679（d）中溫（HBST）超高密度水泥漿①典型配方80②典型配方的主要性能81二、低密度水泥漿1、低密度水泥漿的設計原則配制低密度水泥漿時，要求和希望水泥漿具有密度適度，綜合性能好，價格低，使用方便可靠等特點。一方面，因所選用的外加劑不同，會得到不同的效果；另一方面，也會因設計時偏重某些因素（密度、流動性、成本等）的考慮，會使水泥漿的使用效果受到影響。因此，要設計出固井要求的低密度水泥漿，必須合理選材，并遵循低密度水泥漿的設計原則。具體主要有：

82（1）配制出的低密度水泥漿應具有可靠的穩定性。要求水泥漿在給定條件下析水小，體積收縮小，漿體不發生分層離析，形成水泥石的密度分布要基本一致；（2）漿體密度應滿足要求。降低漿體密度，應主要從減輕材料的選擇著手，不能盲目增加用水量，用水量應限制在所選減輕劑允許用水量范圍內；（3）滿足工程上對水泥漿各性能的要求。在保證施工要求的流變性能和濾失量的前提下，特別要注意水泥漿的早強特性和穩定性與綜合工程性能的協調一致。832、低密度水泥漿減輕劑的選擇

低密度水泥漿的減輕料可分為兩類。

①自身密度較大，主要靠增大用水量來降低密度。這類材料有粉煤灰、膨潤土、膨脹珍珠巖、火山灰、水玻璃等。但為了保證漿體的穩定性、均勻性和強度，用水量受到限制，否則難于保證漿體的綜合工程性能，這類低密度水泥漿的密度一般在1.50g/cm3以上，且應用溫度要求較高。

②自身的密度小于水。如空心微珠、空氣、氮氣等。用這類材料作減輕料配制低密度水泥漿，在較低用水量時，就可獲得較低密度的水泥漿。

對于低密度水泥漿，重點要解決的是水泥漿的沉降穩定性和早期強度問題。具體選擇哪一種減輕料要根據密度的要求和應用條件等綜合考慮確定。84（1）淺井固井低密度水泥漿減輕劑封固低壓易漏淺井的低密度水泥漿，選擇減輕劑時，重點考慮的因素有：一是要根據水泥漿的密度要求，確定適當的減輕劑，需水量要低；二是所配出的低密度水泥漿，在低溫條件下強度發展要快。85（2）深井超深井固井低密度水泥漿減輕劑

封固易漏失深井超深井的低密度水泥漿，選擇減輕劑時，重點考慮的因素有：

一是要根據水泥漿的密度要求，選擇適當密度的減輕劑，需水量要小；二是所配出水泥漿的密度受壓力的影響小；三是所配出的低密度水泥漿，在井下溫度條件下強度發展要快。

863、低密度水泥漿（1）空心微珠低密度水泥漿

空心微珠

具有密閉、粒細、質輕和活性等特點，其殼體主要由硅鋁玻璃體質組成，與水化產物Ca(OH)2和礦物中CaSO4作用，生成具有膠凝特性的產物，有利于水泥石強度的發展和滲透率的降低，是一種良好的減輕劑。

化學組成，%物理性質SiO255～60粒徑，μm40～250Al2O335～36壁厚，直徑%5～30Fe2O33～5視密度，g/cm3約0.7CaO1.5～3容重，Kg/m3310～40MgO0.8～4.0

87低密度水泥漿的性能序密 流動度析水失水流變性能稠化時間強度滲透率號度 cm%ml0(Pa)s(Pasn)minMPa/48h1 1.302201923.530.069210110體2 1.4021.501582.550.08724514

0系3 1.502201244.110.07623216014 1.3021.501203.310.062183120體51.4022

0783.820.075210140系61.50220603.270.078228170288

空心微珠低密度水泥漿設計應特別重視將提的穩定性漿體不穩定，空心微珠上漂，水泥顆粒下沉，導致空心微珠完全分離。89（2）膨潤土及其水泥漿膨潤土本身密度較大，配制低密度水泥漿時，主要靠增大用水量降低密度，在足夠水量的條件下，膨潤土的體積可膨脹15倍，但干燥后又縮小恢復到原來的體積。因此，漿體凝結后收縮量大，水泥石強度發展慢。1.55g/cm3膨潤土水泥漿試驗結果是：析水達15～23%，體積收縮率達18～25%，48h抗壓強度<7MPa。90膨潤土低密度水泥漿的體積收縮情況。91（3）粉煤灰低密度水泥漿

粉煤灰粉煤灰的主要成分是SiO2，Al2O3，密度一般為2.02.5g/cm3。作為減輕材料，具有成本低的優點，但由于減輕劑本身密度較高，粉煤灰低密度水泥漿密度一般不能低于1.50g/cm3，否則，其綜合性能難于保證。92粉煤灰低密度水泥漿的性能粉煤灰%W/S密度g/cm3流動度cm抗壓強度MPa體積收縮%600.621.652312.56.2800.581.6222.5145.21000.551.6023153.71200.561.59231441400.581.5723133.693設計差的粉煤灰低密度水泥漿94（4）硅藻土硅藻土是一種生物成因的硅質沉積巖，主要由硅藻及一部份放射蟲類的硅質遺骸所組成。由于它具有質輕，孔隙度大，密度低，吸附性強和一定的化學穩定性等特殊性質，因此是一種重要的非金屬礦。硅藻土的主要成分SiO2，固結在硅藻殼外壁和硅藻殼微孔內有少量Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和有機雜質等。95硅藻土低密度水泥漿的性能密度G/cm3外加劑及加量（BWOS，%）流動度cm稠化時間(min)75C52MPa強度(MPa)分散緩凝降失水懸浮消泡1．331.01.51.51.50.81.21.51.877770.50.50.50.50.20.20.20.2222323.523.517419937262075.4//1.450.81.01.51.51.51.50.21.30.40.4/0.67777770.50.5/0.20.30.50.20.20.20.20.20.22222.5232323222703601782163124896.0/1615.511.413.8備注:水泥漿密度1.33和1.45g/cm3的水泥與硅藻土之比分別為100:40和100:30。96三、抗鹽水泥漿目前國內外對封固大段鹽層的固井水泥漿設計，有兩種觀點：貧鹽和富鹽。(1)“貧鹽”水泥漿是指含NaCl在15%以下。這類水泥漿，通常具有稠化時間易于調整和高的早期強度，且濾失性能易控制，漿體的流變性容易調節。但由于漿體含鹽量較低，水泥漿在流經鹽層段或在鹽層段候凝時，有溶解鹽巖層的趨勢，而有可能改變水泥漿的流動特性或凝固特性，影響水泥石的膠結質量。97(2)“富鹽”水泥漿是指含NaCl在15～37%之間(飽和鹽水水泥漿含鹽約為37%)。這類水泥漿的突出優點是，在流經鹽巖層或在鹽巖層段環境凝結過程中，能維持水泥漿原有設計性能，有利于保證固井施工的安全和鹽巖層的膠結特性。這是由于富鹽水泥漿的自由水已溶解有較多的鹽，水泥漿在流經鹽層或在鹽巖層段候凝過程中，進一步溶解周圍鹽層趨勢很小。然而這類高含鹽水泥漿也容易出現稠化時間過長、調節困難，水泥石早期抗壓強度低候凝時間長，漿體濾失量控制差和粘稠而流動性不好等問題。一般推薦：采用欠飽和鹽水水泥漿。98需解決的關鍵問題：水泥漿的流動性能；水泥漿的稠化時間的調控；水泥石的早期強度的發展；界面膠結能力。99（a）低溫常規密度抗鹽水泥漿性能100典型配方（含鹽量18%BWOW）①1%HS-2A+1%SXY-2+2%MN-1W/C=0.505失水量：Q30=180ml/30min7MPa50℃流變性能：n=0.8844，k=0.2529Pa.sn稠化時間：TT=228min/50℃50MPa抗壓強度：P24=7MPa/60℃48hrs，P48=14MPa/60℃48hrs②1%HS-2A+1%SXY-2+3%MN-1W/C=0.505失水量：Q30=200ml/30min7MPa50℃流變性能：n=0.8194，k=0.4256Pa.sn稠化時間：TT=110min/50℃50MPa抗壓強度：P24=9MPa/60℃48hrs，P48=15MPa/60℃48hrs101(b)中溫抗鹽高密度水泥漿

s=2.30g/cm3102(c)高溫抗鹽高密度水泥漿

s=2.30g/cm3103四、防竄水泥漿1、發生氣竄的原因及影響因素

原因生產實踐和研究表明，高壓油氣井固井后環空發生油氣水竄或井口冒油冒氣問題，其主要原因是水泥漿失重所致，具體表現為以下4個方面：（1）

水泥漿在凝結過程中，其內部結構力不斷增強，與井壁和套管的連接力（膠凝強度）不斷增加，水泥環重量逐步懸掛在套管和井壁上，降低了對地層的壓力；104

（2）水泥漿在凝結過程中，由于水化作用，水泥石基體內部收縮形成微孔隙，同時外觀也產生體積收縮，降低了孔隙壓力和對地層的壓力。一般水泥漿初凝時的收縮率為0.1%0.5%，終凝卻大于2%；

（3）在水泥漿柱中，水泥漿內自由水的分離，形成了連通的軸向水槽(或水帶)，降低了對地層的壓力。這種現象在斜井中尤為明顯，即在井壁上側形成了一條明顯的水槽，這是油、氣、水竄的主要通道；

（4）水泥漿失水一般較大，其自由水易滲入滲透性好的地層，在環形空間產生橋堵，阻礙了漿柱對橋堵以下段漿體的壓力傳遞，造成了橋堵段下面地層的油氣水互竄。105水泥漿失水106表中數據說明，30min失水量大于500ml水泥漿的抗氣竄能力比小于250ml的水泥漿弱得多，而低于250ml失水量的水泥漿，抗氣竄能力雖有差別，但并不明顯。實際上，這些漿體的抗氣竄能力，主要表現在穩定性和低游離水。107雙凝水泥

漿柱結構速凝(緩疑)段長漿柱壓力PcMPa氣層壓力PfMPa差壓比％氣浸情況單凝(6.5)0.1170.088(0.071)253:36氣竄到頂雙凝1.5(5)0.1170.088未氣竄單凝(2)0.0360.03337.52:03氣竄到頂雙凝0.66(1.37)0.03337.5未氣侵雙凝0.03512.5未氣侵雙凝0.03454.16下部速凝段有氣侵，未穿透單凝(2)0.0360.0315(0.0295)12.52:50氣竄到頂雙凝0.66(1.37)0.0315未氣侵注：括弧中的氣層壓力數值為開始氣侵時漿拄的壓力。壓差比用(Pc-Pf)/Pc。108從表可知：（a）雙凝水泥漿的防氣竄效果明顯優于單凝水泥漿。在相同條件下，單凝水泥漿發生了氣竄，而雙凝水泥漿卻阻止了氣體進入井筒。（b）隨著氣層壓力的增加和壓差比減少，雙凝水泥漿防止氣竄的效果，同樣有一定的限制。從從表中可以看出，當壓差減少了2.5%后，防氣竄仍然有效，當壓差比進一步減小到4.16%時，氣體同樣侵入速凝水泥段，氣體雖未穿過該井段，卻在下部形成明顯的氣斑。109（c）水泥漿的緩凝段與速凝段長度比，一般選用2∶1的關系，可得到較好的防氣竄效果。因此，應用雙凝水泥漿不僅要考慮兩種水泥漿的封隔長度、初凝時間的差值，還要考慮水泥漿失重、漿柱壓力、氣層壓力以及氣侵壓力的平衡關系。110環空憋回壓111由以上試驗結果可見：

(a)

兩種處理失水方法的試驗都說明，井口憋回壓對防止氣侵有一定效果，在放失水情況下要憋較大的回壓才能防止氣侵。(b)傳壓率隨水泥凝結而不斷下降。因此，在地層許可條件下，憋壓越早，效果越好。一般可選擇水泥漿候凝60min以內完成加壓。1122、防氣竄水泥漿的設計方法（1）設計與評價方法水泥漿阻力系數法A值法A值越小，過渡時間越短，防竄效果越好；設計標準：強防竄能力：0～0.110中等防竄能力：0.110～0.125弱防竄能力：0.125～0.150同時，自由水＜0.50%；

API失水＜100ml。較好的反映了水泥漿的實際抗氣竄能力。113配方t100BCmint30BCmin失水量mlA值實測抗竄能力A-1308285400.1220較強B-1360335800.1225較強A-2260245400.1151較強B-2302279800.1233較強A-3385363360.1037強B-3270240800.1307中等114（2）氣竄潛力系數法評價12345678910∞地層氣竄可能小地層氣竄可能性中等地層氣竄危險性大各種水泥漿（高、低、常規）膠凝延遲水泥漿，觸變性水泥漿，不滲透水泥漿膠乳水泥漿可壓縮水泥漿115井深，m井況1：2500井口2：3500井口3：4000井眼×套管81/2×7"121/4"×95/8"81/2×7"121/4"×95/8"81/2"×7"121/4"×95/8"地層壓力系數Gf1.421.622.01鉆井液密度ρm1.621.822.21水泥漿密度ρc1.901.952.4密度差（ρc_-ρm）0.280.130.19過平衡壓力MPaLc7.87.810L129.816GFPLc3.231.853.041.732.551.45L5.253.37.644.366.463.69注

Lc為封固1000m井底；L為全井封固。116從表中可知：（1）根據GFP分類，全井封固時，GFP在48之間，為中等氣侵潛力；封固井段1000m時，GFP＜4，屬輕微氣侵潛力。很顯然，該方法僅反映了井眼狀況對氣侵影響的趨勢。（2）GFP反映了一些定性概念，如井眼與套管的間隙愈大、封隔段愈短，水泥漿與泥漿密度差及過平衡壓力愈大，GFP愈小，即氣竄的可能性愈小。GFP只是一種氣竄可能性的估計。（3）GFP未能反映水泥漿體系、性能、水泥漿凝固過程的失重及阻力發展對氣體竄流的影響。117（3）試驗評價方法水泥漿測竄儀（主體）可旋轉加熱套壓力傳感器溫控器調壓閥水泥漿筒118水泥漿測竄儀（數據采集）119測竄原理圖液態：P1＝P2

塑性態：P1＞P2（因“掛壁”＋“收縮”）竄通：P2→P1

防竄能力：P1－P2(min)P1-GasPreP2-HydrostaticPre.Temperature△P=P1-P2△PmaxNoGasFlowSlurryP2(kPa)P1(kPa)GasLiquidT.Control120（1）一般防竄能力的水泥漿

在85℃×3.8MPa的模擬試驗壓力下，水泥漿的抗竄壓力約為1.7MPa。在85℃×3.8MPa的模擬試驗壓力下，水泥漿的抗竄壓力約為0.3MPa。121（2）較強防竄能力

的水泥漿在90℃×4MPa的模擬試驗壓力下，水泥漿抵抗氣體竄入環空的能力大于1.8MPa。在90℃×4MPa的模擬試驗壓力下，水泥漿抵抗氣體竄入環空的能力約3.5MPa。溫度壓力1壓力2壓力3壓力差時間(分鐘)1600150014,0001300120011001000900800700600500壓力(MPa)7.006.506.005.505.004.504.003.503.002.502.001.501.000.500.00溫度(℃)160.0155.0150.0145.0140.0135.0130.0125.0120.0115.0110.0105.0100.095.090.085.080.075.070.065.060.055.050.045.040.035.030.025.020.015.010.05.00.0122（3）極強防竄能力

的水泥漿在170℃×5.5MPa的模擬試驗壓力下，水泥漿在凝結過程中氣體不會竄入環空中。123四、增塑水泥漿在繼續鉆井、射孔、油氣層改造等工況下，一般水泥環易于碎裂，尤其是小間隙井。改善水泥石的抗沖擊韌性、抗拉強度、抗彎曲強度、彈性模量等塑性參量，可提高水泥環的抗碎裂能力。從而達到提高固井質量，延長油氣井生產壽命的目的。改善固井水泥環塑性的基本思路是：在水泥漿中加入能明顯改善水泥石塑性的外加劑，以它為核心研究適合不同井況的水泥漿體系配方的組成、工程性能及力學特性，作為固井施工水泥漿設計提供依據。124為充分說明水泥石的塑性特征，在研究中常用多個描述材料塑性的參量來說明水泥石的塑性特性：抗折強度、抗沖擊韌性、彈性模量。

125典型水泥漿配方的抗折強度和抗沖擊韌性(s=1.90g/cm3)

序號配方溫度℃48h抗折強度48h抗沖擊韌性MPa，%J/cm2，%1無增塑劑656.601.9000857.10

21.7%增塑劑657.716.72.0226.4858.215.4

32.0%增塑劑658.021.22.22317.0858.925.3

42.5%增塑劑658.325.72.28720.3859.229.6

126典型水泥漿配方的彈性模量(s=1.90g/cm3)

序號配方溫度℃48h彈性模量GPa，%1無增塑劑656.443021.7%增塑劑5.37216.632.0%增塑劑4.11636.142.5%增塑劑3.73442.05無增塑劑858.304061.7%增塑劑6.84217.672.0%增塑劑5.92128.782.5%增塑劑5.40734.9127128五、抗腐蝕水泥漿地層水中存在CO2、HCO3-、CO32-、Cl-、SO42-等及鉆井液材料中可能釋放出腐蝕介質：CO2、HCO3-、CO32-、Cl-、SO42-。技術方法：弄清腐蝕機理（油田調查、實驗室試驗分析）、開發出耐腐蝕水泥漿體系、提高封固質量。129實例1：某油田地層水腐蝕套管（1）油井井區，自開發以來套管腐蝕嚴重，造成油井生產壽命下降統計分析1169口油水井,套損井209口,套損率17.88%；套損井平均生產壽命10.1年,最短者16個月；洛河水富含Cl-、HCO3-、SO42-、CO32-、Mg2+等腐蝕性介質，造成電化學腐蝕套管；套管以外壁結垢，剝落，穿孔破壞形式為主；破壞程度無水泥環最嚴重，有水泥環次之，G級高抗硫最輕。130（2）地層水腐蝕套管和水泥石的機理（a）地層水腐蝕套管的原因拔出井下套管分析，其主要腐蝕產物為Fe(OH)2、FeS、FeCO3；室內套管鋼材模擬腐蝕試驗表明，在地層水中主要為微電池效應所致；硫酸鹽還原菌有加速腐蝕的作用：（4Fe+SO42-+4H2OFeS+3Fe(OH)2+2OH-）硫酸鹽還原菌131研究方法采用油田地層水、單一腐蝕性離子、高濃度復合離子的溶液，模擬井下腐蝕環境侵蝕水泥石。

主要采用X-射線衍射、掃描電鏡、化學分析等方法。測試分析項目水泥石水化物組成、溶出物、微觀結構、力學性能等。（b）地層水腐蝕水泥的機理研究方法及測試項目1323000mg/LCl-溶液水泥石在不同溶液中浸泡0.5和1.0年的X-射線衍射圖。地層水腐蝕水泥的機理

結果分析A羥鈣石B石膏C鈣礬石D水鎂石E方解石F氯硅鈣石4000mg/LSO42-溶液地層水蒸餾水蒸餾水A羥鈣石B石膏C鈣礬石D水鎂石E方解石F魯硅鈣石133下表是水泥石在不同溶液中，溶出Ca2+的量隨時間的變化關系。

地層水腐蝕水泥的機理

結果分析134由上圖可知：在各種溶液中，浸泡1.0年的X射線特征峰較0.5年明顯弱；在Cl-溶液中有魯硅鈣石生成，在地層水中有魯硅鈣石、方解石、水鎂石等生成。由上表可知：水泥石溶出Ca2+的量，隨侵蝕時間的延長而迅速遞減；浸泡溶液離子濃度愈高，初期溶出Ca2+的速度愈大，溶出Ca2+的衰減速度也愈快。地層水腐蝕水泥的機理

結果分析135

綜合分析各種測試特性可知，該地層水侵蝕水泥石主要表現為：水溶蝕Ca(OH)2，是基本的腐蝕形式；生成易被溶解或無膠結性能的物相如Ca(HCO3)2、CaCO3、Mg(OH)2等。

該兩類腐蝕隨Ca(OH)2含量的增加而加快，隨水泥石滲透率的降低而減弱。人們熟知的硫酸鹽腐蝕很弱。地層水腐蝕水泥的機理

結果分析136（3）防止地層水腐蝕套管的技術途徑地層水腐蝕套管和水泥石的機理研究表明，影響套管和水泥石耐久性的關鍵因素：水泥石基體中Ca(OH)2晶體的含量；水泥石的致密性。技術途徑：用耐腐蝕的水泥環封隔洛河層，在套管與地層水之間形成隔離屏障，保護套管不受腐蝕。即：加入能改變水泥石物相耐腐蝕特性和水微觀結構的特殊材料。加入的特殊材料，一方面，能與Ca(OH)2反應生成高耐腐蝕的新物相而消耗Ca(OH)2；另一方面，反應剩余的部分能與水泥漿中的固相顆粒形成良好級配，使水泥石致密性好、連通性差、滲透率低。137（4）低密度水泥的耐腐蝕性分析(a)抗腐蝕低密度水泥的組成水泥漿組成：耐腐蝕材料：硅灰；減輕劑：空心微珠；水泥：G級高抗硫酸鹽油井水泥。水泥漿密度：1.301.50g/cm3.138試驗條件：35℃和50℃；定時定量更換腐蝕溶液。腐蝕溶液(下表)：（b）耐腐蝕性能測試139下表是腐蝕介質與時間對水泥石性能的影響。水泥漿密度1.40g/cm3.由上表可見，在35℃和50℃的各種溶液中浸泡13年，其各階段的抗壓強度均有不同程度增加，水泥石仍致密不滲透、外觀尺寸幾乎無變化。因此，從宏觀性能看，水泥石具有良好的抵抗地層水侵蝕的能力。140下圖是模擬地層水侵蝕水泥石的X射線譜圖。水泥漿密度1.40g/cm3.低密度水泥石的X-射線衍射譜圖抗腐蝕低密度水泥空心微珠低密度水泥141由上圖可知，抗腐蝕水泥在10倍模擬地層水離子濃度的溶液中浸泡0.5年與2.0年，XRD特征峰幾乎無差異。(即組成水泥石的物相中，既無方解石、魯硅鈣石、水鎂石等明顯增生，也沒有羥鈣石等明顯減少.)而一般空心微珠低密度水泥的XRD羥鈣石特征峰顯著減弱，且水鎂石、方解石、魯硅鈣石的特征峰均有所增加。(即浸泡過程中，水泥石中的Ca(OH)2晶體不斷被腐蝕(溶蝕和化學腐蝕)消耗，有害物相水鎂石、方解石、魯硅鈣石則隨即生成)。142下表是X射線衍射能譜測試分析結果。侵蝕溫度35℃，水泥漿密度1.40g/cm3.143從上表結果可見，（1）抗腐蝕水泥，溶蝕的主要是Ca(OH)2，被溶蝕的速度隨浸泡時間延長而迅速降低，且只在試件表面層。蒸餾水中，第1年Ca損失3.576%，第2年0.540%，為第1年的15.1%。10倍地層水濃度溶液中，第1年Ca損失4.292%，第2年0.731%，為第1年的17.03%。這是由于該體系水泥石結構致密不滲透(見表3)，抑制了溶液向水泥石深部侵蝕的速度。據此分析可知，以后各年Ca的損失速率將會逐年迅速遞減。（2）Cl-和SO42-對抗腐蝕水泥體系的侵蝕很微弱。在10倍地層水離子濃度溶液中浸泡1年或2年，Cl-和SO42-離子也只在試件表面產生很弱的侵蝕，且第2年的腐蝕程度與第1年基本相同。

XRD