水泥浆胶凝强度测量方法应满足的要求.docx

文章编号:1004—5716(2005)05—0077—03中图分类号:TE25617文献标识码:B水泥浆胶凝强度测量方法应满足的要求张兴国1,王小康2,魏吉生2(1.新疆石油管理局钻井工艺研究院,新疆克拉玛依834000;2.四川石油管理局川南矿区准南钻井指挥部,新疆石河子832000)摘要:在分析水泥浆静态凝结特点的基础上,提出了水泥浆胶凝强度测量方法必须满足的四项要求,该测量要求可为优选或开发更符合水泥浆凝结客观实际的水泥浆胶凝强度测量方法提供参考。关键词:固井;水泥浆;胶凝强度;测量方法准确测量水泥浆在凝结过程中的胶凝强度及其发展变化,对提高固井质量具有重要意义,而要做到这一点,首先必须要有能真实、连续测量水泥浆胶凝强度至水泥浆初凝的水泥浆胶凝强度测量方法及测试仪器。本文在分析水泥浆静态凝结特点的基础上,提出了水泥浆胶凝强度测量方法必须满足的四项测量要求:(1)测量时不影响后续待测水泥浆的静态凝结过程;(2)能用一个样测试品连续测量至水泥浆初凝;(3)有足够的时间量程;(4)有足够的胶凝强度量程。1水泥浆在井下的凝结特点众所周知,一旦顶替就位、停止流动,水泥浆就会迅速在其内部形成由絮凝体和结晶体共同组成的空间网架结构。由于絮凝体是水泥颗粒通过其间的物理桥联作用而形成的,因此,其结构在遭到破坏后可重新通过该物理桥联作用而恢复,这就意味着絮凝体可被反复地破坏和恢复而不影响水泥浆的性能及凝结过程。而结晶体则是水泥颗粒通过其水化产物间的化学键合作用而形成的。由于水泥颗粒的水化反应本身不可逆,因此,其结构在遭到破坏后将无法再通过原有的化学键合作用而恢复,那么,如果结晶体在水泥浆的凝结过程中遭到破坏,将直接影响浆体胶凝结构的形成和浆体胶凝强度的发展。在水泥浆顶替就位之初,其空间网架结构主要由絮凝体组成,结晶体很少,因此,浆体胶凝结构的强度不大,且可被反复地破坏和恢复而不影响水泥浆的性能,从而使浆体表现出良好的触变特点,但是,随着水泥颗粒水化反应的不断进行,浆体内结晶体的数量不断增多,一方面使浆体的结构强度不断增加,另一方面则使浆体的触变性逐渐丧失。当大部分絮凝体被结晶体取代时,浆体就逐渐硬化、凝结成为水泥石。可见,在井下水泥浆的凝结过程中,如果地层流体不侵入环空,或在地层流体侵入环空以前,其内部空间网架结构的形成,胶凝结构和胶凝强度的发展都不受外界的干扰和破坏,其凝结过程具有静态凝结的特点,即随着水泥浆水化反应的进行,水泥浆的胶凝结构不断增强,胶凝强度则随时间的推延而不断增加。2待测水泥浆的静态凝结要求如果在凝结过程中,水泥浆的胶凝结构遭到外界的破坏,那么,其胶凝结构的形成和胶凝强度的发展都将受到干扰。尽管在干扰消失后,随着水泥颗粒水化反应的继续进行,其胶凝结构将继续形成,胶凝强度也将继续发展,但由于其水泥颗粒水化反应本身的不可逆性,其胶凝结构的继续形成和胶凝强度的继续发展都将在被破坏后的胶凝结构和胶凝强度基础上进行,从而与它在静态凝结条件下其胶凝结构逐渐增强、胶凝强度不断增加的实际情况不符,那么,再用它进行测量得到的胶凝强度,将不同于它在静态凝结条件下对应时刻的胶凝强度,且根据静态凝结条件下其胶凝结构将随水泥颗粒水化反应的不断进行而不断增长的规律进行推断,该胶凝强度将低于它在静态凝结条件下对应时刻的胶凝强度,自然,也就不能代表它在静态凝结条件下对应时刻的胶凝强度,那么,由此得到的胶凝强度发展变化也就不能代表它在静态凝结条件下的胶凝强度发展变化,更为重要的是,由此得到的胶凝强度及胶凝强度发展变化不能真实反映它在井下静态凝结的凝结特性。换言之,要测量水泥浆在凝结过程中的真实胶凝强度,就应该用在凝结过程中未曾遭到破坏、胶凝强度发展未受到干扰的水泥浆胶凝结构进行测量,而不能用曾经被破坏过、尤其是被反复破坏过的水泥浆胶凝结构进行测量。对于水泥浆胶凝强度测量方法及其测试仪器而言,就是要在测量过程中保证后续待测水泥浆的静态凝结条件,使其不受干扰而实现静态凝结。为了检验上述推论的正确性及合理性,特地进行了一组对比实验,用旋转粘度计、按测非牛顿流体屈服应力的方法、分别按如下两种测量方式、测量同一配方水泥浆在相同凝结条件下的胶凝强度及其发展变化:(1)待测水泥浆静态凝结:①配浆,制多个样,候凝;②在预定时刻进行测量,测量之后样品废弃,一个样品只测一次、得到一个数据;③重复步骤②,直至旋转粘度计的最大量程,通过对多个样品的多次测量而得到水泥浆在模拟顶替就位后一定时间范围内的胶凝强度及其发展变化。(2)待测水泥浆反复被破坏再凝结:①配浆,制一个样,候凝;②在预定时刻测量数据,测量之后样品重新静止、候凝,使其胶凝强度得以在遭到破坏后的基础上继续发展;③重复步骤②,直至旋转粘度计的最大量程,通过一个样品的反复候凝、测量而得到水泥浆在模拟顶替就位后一定时间范