降低固井水泥浆密度的新技术

第２３卷第４期２００６年７月钻井液与完井液ＤＲＩＬＬＩＮＧＦＬＵＩＤ＆ＣＯＭＰＬＥＴＩＯＮＦＬＵＩＤＶ０１．２３Ｎｏ．４Ｊｕｌｙ２００６文章编号：１００１—５６２０（２００６）０４—００４７—０３

降低固井水泥浆密度的新技术

ＦｒｅｄＳａｂｉｎｓ

（固井解决方案公司（ＣｅｍｅｎｔｉｎｇＳｏｌｕｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ），美国）

摘要针对现有低密度固井水泥浆存在的一些问题，介绍了一种有效降低水泥浆密度的新技术，即使用新型

密度减轻材料——美国３Ｍ公司生产的中空玻璃微球（ＨＧＳ）作为密度减轻剂。介绍了中空玻璃微球ＨＧＳ的基本

特点，对ＨＧＳ低密度水泥浆进行了杨氏模量和抗张强度实验、压力和温度循环下的胶结强度实验、钻穿测试实验及现场测试，并与泡沫水泥浆和硅酸钠水泥浆进行了对比。实验及测试结果表明，添加了中空玻璃微球ＨＧＳ的水泥浆有效地降低了密度，并且其混合、泵送及抗压强度、胶结质量等完全可以满足井下作业的要求。

关键词固井固井质量低密度水泥浆水泥浆添加剂中空玻璃微球

中图分类号：ＴＥ２５６文献标识码：Ａ

针对低密度固井水泥浆的应用日益增多及现阶段常用的一些低密度固井水泥浆存在的问题，提供了一种新的解决方案，即使用新型密度减轻材料——美国３Ｍ公司生产的中空玻璃微球研制的新型低密度固井水泥浆体系。１传统低密度水泥浆体系的局限性以水作为密度减轻剂的传统低密度水泥浆最低密度为１．５ｇ／ｃｍ３，并且需要添加能够吸水并保持水泥均相的物质。虽然这种水泥浆成本低，但其抗压强度低，在强压下无法提供长期层间封隔。使用空心微珠可以使水泥浆密度降至１．３５ｇ／ｃｍ３。空心微珠是从火力发电的副产物——粉煤灰中通过漂选获得的，因此其质量较差，抗压强度较低（一般上

限为１３．８～２０．７ＭＰａ），闭空率较低，水容易进入使空心微珠密度很难控制，使其应用受到了较大限制。使用氮气的泡沫水泥浆通常用来防止低压储层的循环漏失。但其渗透性高，抗压强度低，因此会导致固井失败和更高的完井成本。而且泡沫水泥浆施工设备较多，使用程序复杂，不易操作，并且存在井内摩阻较大（导致循环漏失）、难以控制固井质量、无法使用声波和超声波测量工具等局限性。２中空玻璃微球的基本特点美国３Ｍ公司生产的中空玻璃微球为薄壁白色空心球体，成分为碱石灰、硼硅酸盐玻璃，不溶于水，ｐＨ值为９．５，软化温度为６００ｏＣ。３Ｍ中空玻璃微球ＨＧＳ系列产品性能如表１所示。

表１３Ｍ中空玻璃微球ＨＧＳ系列产品性能型号抗压强度真实密度粒径分布（体积ｌｃＬ）／／，ｍ

ＭＰａ

ｇ／ｃｍ３１０％５０％９０％最大

１３．８２０．７２７．６３７．９４１．３６８．９１２４．０ＨＧＳ中空玻璃微球的特点：为小粒径的完美球体，易混合、易泵送；不可压缩，可以方便准确地进行

测井工作；有极高的强度密度比，因此在井下作业时不会破碎；有相当高的闭空率，水不能进入球体，因此可以使密度保持恒定；呈化学惰性，不会与水泥浆中的其他添加剂发生反应，从而几乎可以和所有的固井水泥浆体系兼容；微球的各向应力一致，可以减少水泥在固化后的收缩；内部有少许气体存在，因此有很好的保温作用，这样就可以加快水泥水化速度，

从而减少候凝时间，并且使水泥在短时间内就有较

高的强度。‘

第一作者简介：ＦｒｅｄＳａｂｉｎｓ，专家级高级工程师，作为首席研究员在ＣｅｍｅｎｔｉｎｇＳｏｌｕｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ工作了多年，有多年的固井工作经验。地址：上海市兴义路８号万都中心大厦３８层３Ｍ中国有限公司总办事处；邮政编码２００３３６；电话（０２１）６２７５３５３５。

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