1. 國(guó)外低密度油井水泥的研制
美國(guó)研制油井水泥減輕劑過(guò)程是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程。 早在20世紀(jì)40年代,美國(guó)開(kāi)始用粉煤灰作油井水泥的減輕劑,至1965年在固井工程中已有年用粉煤灰13萬(wàn)t的記錄。其時(shí),水泥漿體采用絕對(duì)體積比,粉煤灰與水泥之比為1:1;如改為質(zhì)量比,則為37:47。在該配比中摻入少量膨潤(rùn)土或粘土,以提高漿體的流動(dòng)度和保水性,但在漿體中,膨潤(rùn)土之類的混合料必須攪拌均勻,方可保證質(zhì)量。
當(dāng)時(shí),美國(guó)配制的純硅酸鹽水泥漿體的密度一般為1.87g/cm3,而用粉煤灰作減輕劑的水泥漿體的密度則為1.69g/cm3,已能適應(yīng)一般固井工程的需要。 美國(guó)石油學(xué)會(huì)也曾經(jīng)頒布油井水泥用粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)。
1973年,美國(guó)又開(kāi)始研制利用粉煤灰中空心微珠作減輕劑,來(lái)減輕油井水泥漿體的密度,至1980年獲得成功。Halliburton公司曾提出以粉煤灰中“高強(qiáng)微珠”(Hishstrength microspheres)作水泥減輕劑,其配制的水泥漿體的密度低達(dá)0.9~1.10g/cm3,幾乎只有純水泥漿體密度值的一半,堪稱超低密度,次年獲得“空心微珠低密度油井水泥”專利。
2. 國(guó)內(nèi)低密度油井水泥的研制
我國(guó)低密度油井水泥研究起步較晚,但20世紀(jì)80年代以后發(fā)展速度較快,現(xiàn)按所用減輕劑材料,分述如下:
(1)硅粉。1966年中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院研制出在油井水泥中添加67%的硅粉或硅藻土的低密度油井水泥。當(dāng)水灰比為0.8~1.10時(shí),密度降至1.40~1.52g/cm3,在大港油田試驗(yàn)成功。1974年,錦西水泥廠為遼河油田試驗(yàn)生產(chǎn)水泥漿的密度為1.55~1.60g/cm3的礦渣油井水泥,并將其用于固井。
(2)粉煤灰。20世紀(jì)80年代末,大港油田將粉煤灰添加進(jìn)G級(jí)水泥中,使?jié){體密度降至1.50~1.60g/cm3。
(3)漂珠。為解決克拉瑪依油田克拉瑪依——烏魯木齊大斷裂以南的井眼漏失問(wèn)題,1983年新疆石油管理局鉆井工藝研究所用漂珠作減輕劑,配制低密度油井水泥,使水泥漿密度降至1.15~1.50 g/cm3,推廣后較好地解決了該地區(qū)的水泥漿的漏失問(wèn)題。
1984年,遼河油田將漂珠添加在錦西水泥廠75℃油井水泥中,使水泥漿密度降至1.25~1.55g/cm3,較好地防止了古潛山油礦的井眼漏失。1984~1991年共應(yīng)用623井次,使用漂珠達(dá)4000余噸。
至1988年末,全國(guó)又有大慶、華北、四川、勝利、青海等油田或多或少地采用了漂珠低密度油井水泥。 1988~1990年,石油部工程技術(shù)研究所針對(duì)中原油田抗鹽防漏問(wèn)題,遼河油田稠油熱采井防漏問(wèn)題,與中原油田協(xié)作,以漂珠作減輕料,輻以T50等外加劑,研制出密度為1.20~1.40g/cm3的抗硫酸鹽和耐高溫的低密度水泥漿,并獲得成功。