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低温低密度早强水泥浆体系研究及应用

孙建峰 付玥颖 邱卫红 刘景丽 赵秋羽 曹洪昌

孙建峰,付玥颖,邱卫红,等. 低温低密度早强水泥浆体系研究及应用[J]. 钻井液与完井液,2025,42(3):392-397 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.03.016
引用本文: 孙建峰,付玥颖,邱卫红,等. 低温低密度早强水泥浆体系研究及应用[J]. 钻井液与完井液,2025,42(3):392-397 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.03.016
SUN Jianfeng, FU Yueying, QIU Weihong, et al.Study on and application of a low temperature low density early strength cement slurry[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(3):392-397 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.03.016
Citation: SUN Jianfeng, FU Yueying, QIU Weihong, et al.Study on and application of a low temperature low density early strength cement slurry[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(3):392-397 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.03.016

低温低密度早强水泥浆体系研究及应用

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.03.016
详细信息
    作者简介:

    孙建峰,1977年生,博士,高级工程师,毕业于中国地质大学(北京)油气田开发工程专业,现在从事油田化学剂研究工作。E-mail:skysjf@petrochina.com.cn

  • 中图分类号: TE256

Study on and Application of a Low Temperature Low Density Early Strength Cement Slurry

  • 摘要: 北方煤层气井冬季施工通常会面临着环境温度低、地层承压能力弱、破裂压力极低,低密水泥浆低温环境下长期不固化无强度等问题。通过优选早强补充材料及配套外加剂,研发了一套密度在1.03~1.30 g/cm3范围内适用于煤层气固井的低温低密度早强水泥浆体系。研究结果表明:该体系沉降稳定性良好,流动度为19~22 cm,析水率为0,稠化时间可调,API失水小于50 mL,4℃养护48 h水泥石抗压强度达7.0 MPa以上。该体系现场应用固井12井次,封固段固井质量平均合格率93.03%,平均优质率86.70%,冬季施工上部油层固井质量明显改善。

     

  • 图  1  6#配方水泥浆的水化热流及累计放热量

    图  2  养护不同时间的水泥石XRD衍射图谱

    图  3  养护不同时间的水泥石微观形貌图(5000X)

    表  1  低密减轻材料优选

    空心玻璃
    微珠∶酚醛
    树脂质量比
    ρ堆积/
    g·cm-3
    1.10 g/cm3
    泥浆加量/g
    耐压密度
    (30℃,15 MPa,
    20 min)/(g·cm-3)
    9∶1 0.36 100 0.02
    8∶2 0.39 130 0.02
    7∶3 0.41 180 0.01
    6∶4 0.45 280 0.01
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    表  2  早强补充材料引入后的水泥浆稠化时间及抗压强度

    G级油井水泥∶快硬高铁硫铝酸盐水泥 稠化时间
    (30℃,15 MPa,
    20 min)/min
    抗压强度(4℃,48 h)/MPa
    0∶10 30 15.42
    5∶5 93 9.68
    3∶1 121 2.72
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    表  3  降失水剂加量对水泥浆滤失性能的影响

    降失水剂/% FL(6.9 MPa,30 min)/mL 自由液/mL
    0 击穿 0.6
    2 112 0
    4 84 0
    6 30 0
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    表  4  分散剂加量对水泥浆流动性及流变性的影响

    分散剂/%流动度/cmnK
    022.30.860.59
    0.123.50.790.91
    0.324.20.940.31
    0.524.80.930.37
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    表  5  缓凝剂加量对水泥浆初终凝时间的影响(30℃,15 MPa,20 min)   

    缓凝剂/% 初凝时间70 Bc/min 终凝时间100 Bc/min
    0 82 118
    0.1 133 162
    0.2 236 268
    0.3 361 384
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    表  6  配方1~6的低温低密度早强水泥浆体系的基本性能

    配方 ρ/
    g·cm-3
    流动度/
    cm
    析水率/
    %
    FL/
    mL
    沉降稳定性/
    g·cm-3
    抗压强度(4℃ × 48 h)/
    MPa
    稠化时间(30℃,15
    MPa,20 min)/min
    1# 1.03 21.5 0 41 0 8.37 276
    2# 1.09 21.2 0 37 0.01 9.23 296
    3# 1.14 20.8 0 35 0 8.94 240
    4# 1.16 21.0 0 33 0.01 10.93 270
    5# 1.17 20.3 0 32 0.01 9.74 214
    6# 1.23 19.8 0 29 0.01 12.24 185
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-03-20
  • 修回日期:  2025-04-02
  • 录用日期:  2025-04-02
  • 刊出日期:  2025-06-12

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