固井质量评价中应重视的几个问题.ppt

固井质量评价中应重视的若干问题固井质量评价中应重视的若干问题 主要内容主要内容主要内容主要内容 1 1 二界面胶结对固井质量评价的影响二界面胶结对固井质量评价的影响二界面胶结对固井质量评价的影响二界面胶结对固井质量评价的影响 2 2 影响二界面胶结质量的因素影响二界面胶结质量的因素影响二界面胶结质量的因素影响二界面胶结质量的因素 3 3 提高二界面胶结质量的技术措施提高二界面胶结质量的技术措施提高二界面胶结质量的技术措施提高二界面胶结质量的技术措施 4 4 针对二界面胶结的室内研究针对二界面胶结的室内研究针对二界面胶结的室内研究针对二界面胶结的室内研究 5 5 水泥混合材对固井质量评价的影响水泥混合材对固井质量评价的影响水泥混合材对固井质量评价的影响水泥混合材对固井质量评价的影响固井质量评价中必须面对的现实固井质量评价中必须面对的现实n n为何仅依靠固井作业部门，不能够获得良好的声波评价结果？n n有完善的注水泥工程工艺措施，就一定能够获得理想声波评价结果？n n本标准采用综合评判的客观性n n科学评价固井质量，应高度重视基础研究1 界面胶结对固井质量评价的影响界面胶结对固井质量评价的影响ØØ第一界面封固系统：套管第一界面封固系统：套管第一界面封固系统：套管第一界面封固系统：套管- -钻井液附着物钻井液附着物钻井液附着物钻井液附着物- -水泥环水泥环水泥环水泥环ØØ第二界面封固系统：地层第二界面封固系统：地层第二界面封固系统：地层第二界面封固系统：地层- -钻井液滤饼钻井液滤饼钻井液滤饼钻井液滤饼- -水泥环水泥环水泥环水泥环ØØ地层流体互窜，管外冒汽且外窜至地面均是由于第二界面胶结被地层流体互窜，管外冒汽且外窜至地面均是由于第二界面胶结被地层流体互窜，管外冒汽且外窜至地面均是由于第二界面胶结被地层流体互窜，管外冒汽且外窜至地面均是由于第二界面胶结被破坏的结果，第二界面胶结质量好坏是有效层间封隔的保证；破坏的结果，第二界面胶结质量好坏是有效层间封隔的保证；破坏的结果，第二界面胶结质量好坏是有效层间封隔的保证；破坏的结果，第二界面胶结质量好坏是有效层间封隔的保证；ØØ产生固井质量问题的根源在于二界面的封固系统上，第二界面封产生固井质量问题的根源在于二界面的封固系统上，第二界面封产生固井质量问题的根源在于二界面的封固系统上，第二界面封产生固井质量问题的根源在于二界面的封固系统上，第二界面封固失效地层流体即通过第二界面进入环空，进而对水泥浆（环）固失效地层流体即通过第二界面进入环空，进而对水泥浆（环）固失效地层流体即通过第二界面进入环空，进而对水泥浆（环）固失效地层流体即通过第二界面进入环空，进而对水泥浆（环）产生破坏作用，导致固井质量问题复杂化；产生破坏作用，导致固井质量问题复杂化；产生破坏作用，导致固井质量问题复杂化；产生破坏作用，导致固井质量问题复杂化；ØØ固井质量的好坏，很大程度上取决于二界面胶结质量的好坏。

固井质量的好坏，很大程度上取决于二界面胶结质量的好坏固井质量的好坏，很大程度上取决于二界面胶结质量的好坏固井质量的好坏，很大程度上取决于二界面胶结质量的好坏2 影响二界面胶结质量的因素影响二界面胶结质量的因素（（1 1）地层特性：）地层特性： 地层特性是影响水泥环第二界面胶结质量的地层特性是影响水泥环第二界面胶结质量的重要因素之一，在水泥浆凝固过程中地层流体受重要因素之一，在水泥浆凝固过程中地层流体受到侵污，将由于粘土组分和流体受离子置换变化到侵污，将由于粘土组分和流体受离子置换变化影响水泥石与地层的胶结强度影响水泥石与地层的胶结强度2 2）井眼状况：）井眼状况： 井眼不规则，难以有效驱替干净泥浆，弯曲井眼不规则，难以有效驱替干净泥浆，弯曲井眼中套管不居中，增加驱替窄边泥浆难度，残井眼中套管不居中，增加驱替窄边泥浆难度，残留泥浆和水泥浆不相容，严重影响水泥浆流变性留泥浆和水泥浆不相容，严重影响水泥浆流变性和胶结强度的发展和胶结强度的发展2 影响二界面胶结质量的因素影响二界面胶结质量的因素（（3 3））泥浆性能：泥浆性能：泥浆性能：泥浆性能： 厚而疏松的泥饼使水泥浆不能直接接触井壁，并在厚而疏松的泥饼使水泥浆不能直接接触井壁，并在厚而疏松的泥饼使水泥浆不能直接接触井壁，并在厚而疏松的泥饼使水泥浆不能直接接触井壁，并在水泥水化过程中脱水粉化，形成微环隙，引起油气水混水泥水化过程中脱水粉化，形成微环隙，引起油气水混水泥水化过程中脱水粉化，形成微环隙，引起油气水混水泥水化过程中脱水粉化，形成微环隙，引起油气水混窜，降低油气井固井质量；性能优良的泥浆不仅可提供窜，降低油气井固井质量；性能优良的泥浆不仅可提供窜，降低油气井固井质量；性能优良的泥浆不仅可提供窜，降低油气井固井质量；性能优良的泥浆不仅可提供一个较为规则的井眼，而且还会在井壁上形成薄而韧的一个较为规则的井眼，而且还会在井壁上形成薄而韧的一个较为规则的井眼，而且还会在井壁上形成薄而韧的一个较为规则的井眼，而且还会在井壁上形成薄而韧的泥饼，有利于提高第二界面胶结质量泥饼，有利于提高第二界面胶结质量泥饼，有利于提高第二界面胶结质量泥饼，有利于提高第二界面胶结质量。

4 4））水泥石的体积收缩：水泥石的体积收缩：水泥石的体积收缩：水泥石的体积收缩： 水泥水化过程中，水泥熟料在与水发生化学反应后水泥水化过程中，水泥熟料在与水发生化学反应后水泥水化过程中，水泥熟料在与水发生化学反应后水泥水化过程中，水泥熟料在与水发生化学反应后形成的水化产物体积比水化前的总体积小，纯水泥水化形成的水化产物体积比水化前的总体积小，纯水泥水化形成的水化产物体积比水化前的总体积小，纯水泥水化形成的水化产物体积比水化前的总体积小，纯水泥水化后的总化学体积收缩率可达到后的总化学体积收缩率可达到后的总化学体积收缩率可达到后的总化学体积收缩率可达到5 5 5 5％，水泥石本身体积收缩％，水泥石本身体积收缩％，水泥石本身体积收缩％，水泥石本身体积收缩将可能导致水泥石与套管、水泥石与井壁两个界面的胶将可能导致水泥石与套管、水泥石与井壁两个界面的胶将可能导致水泥石与套管、水泥石与井壁两个界面的胶将可能导致水泥石与套管、水泥石与井壁两个界面的胶结强度降低结强度降低结强度降低结强度降低3 提高二界面胶结质量的技术措施提高二界面胶结质量的技术措施（（（（1 1 1 1）井眼准备：）井眼准备：）井眼准备：）井眼准备：一个清洁、稳定、合格的井眼是提高固井水泥环第一个清洁、稳定、合格的井眼是提高固井水泥环第一个清洁、稳定、合格的井眼是提高固井水泥环第一个清洁、稳定、合格的井眼是提高固井水泥环第二界面胶结质量的首要条件二界面胶结质量的首要条件二界面胶结质量的首要条件二界面胶结质量的首要条件 , , , ,为了改善井眼状况、提为了改善井眼状况、提为了改善井眼状况、提为了改善井眼状况、提高顶替效率高顶替效率高顶替效率高顶替效率 , , , ,必须进行充分的井眼准备。

必须进行充分的井眼准备必须进行充分的井眼准备必须进行充分的井眼准备2 2 2 2）使用套管扶正器和泥饼刷：）使用套管扶正器和泥饼刷：）使用套管扶正器和泥饼刷：）使用套管扶正器和泥饼刷： 应用弹性套管扶正器可以提高套管柱在井眼中的居应用弹性套管扶正器可以提高套管柱在井眼中的居应用弹性套管扶正器可以提高套管柱在井眼中的居应用弹性套管扶正器可以提高套管柱在井眼中的居中度中度中度中度 , , , ,从而提高泥浆顶替效率泥饼刷作为套管附件从而提高泥浆顶替效率泥饼刷作为套管附件从而提高泥浆顶替效率泥饼刷作为套管附件从而提高泥浆顶替效率泥饼刷作为套管附件可根据井眼条件安装在套管串下部的任何位置可根据井眼条件安装在套管串下部的任何位置可根据井眼条件安装在套管串下部的任何位置可根据井眼条件安装在套管串下部的任何位置 , , , ,与套与套与套与套管扶正器配合使用安全可靠它能够依靠上下或旋转管扶正器配合使用安全可靠它能够依靠上下或旋转管扶正器配合使用安全可靠它能够依靠上下或旋转管扶正器配合使用安全可靠它能够依靠上下或旋转运动有效清除井壁虚厚泥饼运动有效清除井壁虚厚泥饼运动有效清除井壁虚厚泥饼运动有效清除井壁虚厚泥饼 , , , ,极大地改善井壁上的胶极大地改善井壁上的胶极大地改善井壁上的胶极大地改善井壁上的胶结环境结环境结环境结环境 , , , ,从而提高水泥环第二界面的胶结质量。

从而提高水泥环第二界面的胶结质量从而提高水泥环第二界面的胶结质量从而提高水泥环第二界面的胶结质量3 提高二界面胶结质量的技术措施提高二界面胶结质量的技术措施（（（（3 3 3 3）应用膨胀水泥：）应用膨胀水泥：）应用膨胀水泥：）应用膨胀水泥： 室内试验和现场实践证明室内试验和现场实践证明室内试验和现场实践证明室内试验和现场实践证明 , , , ,水泥浆在水化硬化过程中水泥浆在水化硬化过程中水泥浆在水化硬化过程中水泥浆在水化硬化过程中体积会收缩体积会收缩体积会收缩体积会收缩 , , , ,从而在水泥环两个界面上产生微环隙从而在水泥环两个界面上产生微环隙从而在水泥环两个界面上产生微环隙从而在水泥环两个界面上产生微环隙 , , , ,导致导致导致导致地层封隔不良而膨胀水泥能有效地弥补水泥石的体积收地层封隔不良而膨胀水泥能有效地弥补水泥石的体积收地层封隔不良而膨胀水泥能有效地弥补水泥石的体积收地层封隔不良而膨胀水泥能有效地弥补水泥石的体积收缩缩缩缩 , , , ,增加水泥石两个界面的胶结强度增加水泥石两个界面的胶结强度增加水泥石两个界面的胶结强度。

增加水泥石两个界面的胶结强度4 4 4 4）应用高效前置液：）应用高效前置液：）应用高效前置液：）应用高效前置液： 高效前置液具有良好冲洗、隔离效果，含有多种表面高效前置液具有良好冲洗、隔离效果，含有多种表面高效前置液具有良好冲洗、隔离效果，含有多种表面高效前置液具有良好冲洗、隔离效果，含有多种表面活性剂，可使井壁表面润湿反转，与泥浆、水泥浆相容性活性剂，可使井壁表面润湿反转，与泥浆、水泥浆相容性活性剂，可使井壁表面润湿反转，与泥浆、水泥浆相容性活性剂，可使井壁表面润湿反转，与泥浆、水泥浆相容性好，有助于界面胶结强度发展，可有效提高水泥环第二界好，有助于界面胶结强度发展，可有效提高水泥环第二界好，有助于界面胶结强度发展，可有效提高水泥环第二界好，有助于界面胶结强度发展，可有效提高水泥环第二界面胶结质量面胶结质量面胶结质量面胶结质量5 5 5 5）采用其他合理的固井工艺技术措施采用其他合理的固井工艺技术措施采用其他合理的固井工艺技术措施采用其他合理的固井工艺技术措施4 针对二界面胶结的室内研究针对二界面胶结的室内研究（（1）评价方法）评价方法 ①①模拟二界面：模拟二界面： HTHP试验在人造岩心上形成泥饼试验在人造岩心上形成泥饼 ②②模拟一界面：模拟套管钻井液中浸泡模拟一界面：模拟套管钻井液中浸泡24h形成吸附层形成吸附层 ③③将形成泥饼的人造岩心和带吸附层的试件放入模具中将形成泥饼的人造岩心和带吸附层的试件放入模具中 与水泥浆进行胶结试验与水泥浆进行胶结试验 ④④采用压力机测试其胶结强度采用压力机测试其胶结强度(剪切固结强度剪切固结强度)（（2）评价装置及原理图）评价装置及原理图 图图图图1 1 改进的改进的改进的改进的HTHPHTHP失水装置照片失水装置照片失水装置照片失水装置照片4 针对二界面胶结的室内研究针对二界面胶结的室内研究岩心夹持器岩心夹持器氮气加压氮气加压滤液滤液钻井液钻井液加热套加热套釜体釜体人造岩心人造岩心图图2  2  HTHPHTHP滤失示意图滤失示意图滤失示意图滤失示意图4 针对二界面胶结的室内研究针对二界面胶结的室内研究图图3 3     剪切胶结强度测量示意图剪切胶结强度测量示意图岩心或铁棒泥 饼 或吸附层 力   力支撑环   剪 切水泥环固化模（（1）钻井液调整对界面胶结的影响）钻井液调整对界面胶结的影响大港油田聚合物钻井液调整对第一、第二界面胶结强度的影响大港油田聚合物钻井液调整对第一、第二界面胶结强度的影响 KHm%模拟第一界胶结强度MPa模拟第二界面胶结强度MPa00.147（吸附层厚度为0.8mm）0.245（泥饼厚度为3.0mm）1.33.724（吸附层厚度为0.4mm）0.882（泥饼厚度为2.0mm）室内对大港油田聚合物钻井液进行调整，并模拟第一界面和第二界面的胶结情况，室内结果表明：未调整前吸附层及泥饼均较厚，表面呈虚状絮凝团聚物，调整后的钻井液，第一界面吸附层厚度及第二界面泥饼厚度明显降低，且界面胶结强度明显提高。

（（2）多周循环冲洗对胶结强度的影响）多周循环冲洗对胶结强度的影响钻井液体系冲洗时间第一界面胶结强度MPa第二界面胶结强度MPa大港油田聚合物钻井液03.7240.8822h3.9201.0293h4.3121.1764h4.8021.323大港油田聚合物硅基钻 井 液06.8600.4412h7.2520.5393h7.4970.6374h7.7620.882冲洗实验目的是模拟完井前进行固井作业时调整钻井液性能进行的大排量洗井，结果表明随着冲洗时间的延长，第一、第二界面胶结质量均有所改善 （（3）界面泥饼状况对胶结强度的影响）界面泥饼状况对胶结强度的影响岩心经清洗后，泥饼厚度明显降低，第二界面胶结强度成倍岩心经清洗后，泥饼厚度明显降低，第二界面胶结强度成倍提高；岩心经清除清洗处理后，第二界面胶结强度提高了上提高；岩心经清除清洗处理后，第二界面胶结强度提高了上百倍，而且已经高于空白岩心与水泥浆的胶结强度近一倍百倍，而且已经高于空白岩心与水泥浆的胶结强度近一倍第二界面仅经特殊前置液清洗处理，泥饼就已几乎不存在，第二界面仅经特殊前置液清洗处理，泥饼就已几乎不存在，且胶结强度提高了数十倍。

且胶结强度提高了数十倍 室内第一、二界面模室内第一、二界面模拟及界面处理措施拟及界面处理措施大庆有机硅钻井液（井浆）大庆聚磺钻井液（井浆） 泥饼厚度 mm胶结强度MPa泥饼厚度mm胶结强度MPa人工岩心未处理清洗清除清洗1.50.1-0.8泥浆膜0.080.37.63.90.5-1.1泥浆膜0.050.28.7金属棒未处理清洗0.8泥浆膜0.127.42.0泥浆膜0.357.9（（4）泥饼对界面胶结的影响）泥饼对界面胶结的影响图1 渗透性井壁处聚合物虚泥饼状态图2 模拟渗透井壁、泥浆与水泥浆与套管图3 渗透性井筒、泥饼与凝固水泥石泥饼的存在特别是虚泥饼的存在严重影响二界面的胶结质量，对层间封隔水力密封影响较大（（5）虚泥饼对界面胶结的影响）虚泥饼对界面胶结的影响水泥浆水泥浆钻井液钻井液 常规水泥浆与常规水泥浆与1 1#钻井液的泥饼钻井液的泥饼之间无有效胶结，之间无有效胶结，界面清晰界面清晰常规水泥浆与1#钻井液泥饼的结合面的胶结情况（（5）虚泥饼对界面胶结的影响）虚泥饼对界面胶结的影响② 常规水泥浆与2#钻井液泥饼的结合面的胶结情况胶结区域胶结区域 常规水泥浆与常规水泥浆与2 2#钻井液（加入钻井液（加入改善泥饼与水泥改善泥饼与水泥胶结的材料）的胶结的材料）的泥饼之间形成有泥饼之间形成有效胶结，无明显效胶结，无明显界面，胶结区域界面，胶结区域致密性好。

致密性好（（5）虚泥饼对界面胶结的影响）虚泥饼对界面胶结的影响③ 2#水泥浆与3#钻井液泥饼的结合面的胶结情况胶结区域胶结区域 2 2#水泥浆与水泥浆与3 3#钻井液（均加入钻井液（均加入改善泥饼与水泥改善泥饼与水泥胶结的材料）的胶结的材料）的泥饼之间形成有泥饼之间形成有效胶结，胶结区效胶结，胶结区域形成大量的凝域形成大量的凝胶，泥饼基本被胶，泥饼基本被固化（（6）提高第二界面胶结的关键技术）提高第二界面胶结的关键技术Ø泥饼的清除或泥饼转化固结的技术途径；泥饼的清除或泥饼转化固结的技术途径；Ø提高界面胶结力的固井液组分；提高界面胶结力的固井液组分；Ø在钻井液中加入适当量类型的材料，水泥浆可将钻在钻井液中加入适当量类型的材料，水泥浆可将钻井液泥饼转化为固结；井液泥饼转化为固结；Ø 在钻井液和水泥浆中，分别或同时加入适当类型的在钻井液和水泥浆中，分别或同时加入适当类型的材料，能使水泥浆与钻井液泥饼实现良好胶结，且具材料，能使水泥浆与钻井液泥饼实现良好胶结，且具致密性5 水泥混合材对固井质量评价的影响水泥混合材对固井质量评价的影响ØØ固井质量评价主要依赖于水泥胶结测井结果固井质量评价主要依赖于水泥胶结测井结果固井质量评价主要依赖于水泥胶结测井结果固井质量评价主要依赖于水泥胶结测井结果; ;而声波水而声波水而声波水而声波水泥胶结测井结果受被测介质（套管泥胶结测井结果受被测介质（套管泥胶结测井结果受被测介质（套管泥胶结测井结果受被测介质（套管——水泥、水泥水泥、水泥水泥、水泥水泥、水泥——地地地地层）的影响层）的影响层）的影响层）的影响 ；；；；ØØ声波测井缺乏声波耦合与水泥封固质量间的关系，所声波测井缺乏声波耦合与水泥封固质量间的关系，所声波测井缺乏声波耦合与水泥封固质量间的关系，所声波测井缺乏声波耦合与水泥封固质量间的关系，所测得的固井测得的固井测得的固井测得的固井“ “胶结良好胶结良好胶结良好胶结良好” ”仅仅表示声耦合良好，并不仅仅表示声耦合良好，并不仅仅表示声耦合良好，并不仅仅表示声耦合良好，并不意味着层间封隔质量良好，事实上声波测井结果还与意味着层间封隔质量良好，事实上声波测井结果还与意味着层间封隔质量良好，事实上声波测井结果还与意味着层间封隔质量良好，事实上声波测井结果还与水泥石的物理特性密切相关；水泥石的物理特性密切相关；水泥石的物理特性密切相关；水泥石的物理特性密切相关；ØØ水泥石的声学特性随时间与温度而改变，同时受水泥水泥石的声学特性随时间与温度而改变，同时受水泥水泥石的声学特性随时间与温度而改变，同时受水泥水泥石的声学特性随时间与温度而改变，同时受水泥石的组分及外掺料组成影响较大，这种本质性的差异石的组分及外掺料组成影响较大，这种本质性的差异石的组分及外掺料组成影响较大，这种本质性的差异石的组分及外掺料组成影响较大，这种本质性的差异对测井结果的影响是非常关键的对测井结果的影响是非常关键的对测井结果的影响是非常关键的对测井结果的影响是非常关键的 ；；；；5 水泥混合材对固井质量评价的影响水泥混合材对固井质量评价的影响ØØCBLCBL与与与与VDLVDL固井质量评价的依据主要还是依赖于反射回接收器的声固井质量评价的依据主要还是依赖于反射回接收器的声固井质量评价的依据主要还是依赖于反射回接收器的声固井质量评价的依据主要还是依赖于反射回接收器的声波能量；波能量；波能量；波能量； ØØ声波在两个介质界面上反射回的能量的大小，主要还是依赖于两相声波在两个介质界面上反射回的能量的大小，主要还是依赖于两相声波在两个介质界面上反射回的能量的大小，主要还是依赖于两相声波在两个介质界面上反射回的能量的大小，主要还是依赖于两相邻介质声阻抗的大小差异；邻介质声阻抗的大小差异；邻介质声阻抗的大小差异；邻介质声阻抗的大小差异； ØØ对对对对CBLCBL与与与与VDLVDL来讲，地层岩性的声阻抗可以通过岩石取样在实验室来讲，地层岩性的声阻抗可以通过岩石取样在实验室来讲，地层岩性的声阻抗可以通过岩石取样在实验室来讲，地层岩性的声阻抗可以通过岩石取样在实验室测得，套管的声阻抗也可以计算得到，唯一不明了的就是固井水泥测得，套管的声阻抗也可以计算得到，唯一不明了的就是固井水泥测得，套管的声阻抗也可以计算得到，唯一不明了的就是固井水泥测得，套管的声阻抗也可以计算得到，唯一不明了的就是固井水泥石的声阻抗；石的声阻抗；石的声阻抗；石的声阻抗；ØØ影响水泥石声阻抗的因素较多，很难将高、低密度水泥石的物理特影响水泥石声阻抗的因素较多，很难将高、低密度水泥石的物理特影响水泥石声阻抗的因素较多，很难将高、低密度水泥石的物理特影响水泥石声阻抗的因素较多，很难将高、低密度水泥石的物理特性与其声阻抗有机统一起来，相应于固井质量评价指标也难以用同性与其声阻抗有机统一起来，相应于固井质量评价指标也难以用同性与其声阻抗有机统一起来，相应于固井质量评价指标也难以用同性与其声阻抗有机统一起来，相应于固井质量评价指标也难以用同一标准来评价；一标准来评价；一标准来评价；一标准来评价；ØØ声阻抗是介质密度与声速之间的乘积，介质密度为定值时，声速变声阻抗是介质密度与声速之间的乘积，介质密度为定值时，声速变声阻抗是介质密度与声速之间的乘积，介质密度为定值时，声速变声阻抗是介质密度与声速之间的乘积，介质密度为定值时，声速变化将决定阻抗数值，从而直接影响到对声波响应的正确解释。

化将决定阻抗数值，从而直接影响到对声波响应的正确解释化将决定阻抗数值，从而直接影响到对声波响应的正确解释化将决定阻抗数值，从而直接影响到对声波响应的正确解释 常见物质常见物质(固井时井下介质固井时井下介质)的声学参数的声学参数物质物质 密度密度 声速声速(Km/s) (Km/s) 声阻抗声阻抗( (MraylMrayl) )空气空气 0.0013-0.13 0.33 0.0004-0.040.0013-0.13 0.33 0.0004-0.04淡淡/ /盐水盐水 1 1.5 1 1.5 1.51.5钻井液钻井液 1-2 1.3-1.8 1.5-31-2 1.3-1.8 1.5-3水泥浆水泥浆 1-2 1.5-1.8 1.8-31-2 1.5-1.8 1.8-3水泥水泥/G/G级级1.9 2.7-3.7 5.0-7.0 1.9 2.7-3.7 5.0-7.0 泥泥 岩岩 2.55 1.83-3.9622.55 1.83-3.962砂砂 岩岩 2.65 5.5 2.65 5.5 石灰岩石灰岩 2.71 6.4-7.0 12-16.62.71 6.4-7.0 12-16.6 钢钢 7.89 5.9 46 7.89 5.9 46 编号 密度调节组分减阻剂%降滤剂%密度g/cm3抗折强度/MPa抗压强度/MPa声速/102m/s75℃×24h75℃×48h75℃×24h75℃×48h24h48h1铁矿粉0.51.02.283.413.429.0510.0020.8322.302重晶石0.41.02.203.243.8413.0514.3724.4525.223-10.51.927.297.7830.4220.0226.9028.144--1.51.925.906.0825.0331.6228.4330.325类火灰0.22.01.351.631.504.775.9017.9217.346漂珠0.51.01.352.232.2112.5510.4221.4021.02 高、中、低三种密度水泥石组成、物理特性对声速的影响表中结果表明：相同密度的水泥石配方中因加重剂、减轻剂及外加剂的不同，其24小时和48小时声速结果不同，且高、中、低三种密度间声速测量结果也相差较大，因此对于不同密度范围的水泥石固井质量评价采用同一标准显然不准确。

1）水泥石组份、物理特性对声速的影响）水泥石组份、物理特性对声速的影响（（1）水泥石组份对声速的影响）水泥石组份对声速的影响编号减阻剂%降滤剂%密度g/cm3抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）声速(102m/s)60℃×24h60℃×48h60℃×24h60℃×48h24h48h1-1.01.925.367.3620.3026.2027.6830.042-1.251.925.326.4018.1023.3526.0427.3030.51.01.923.104.019.5013.2517.5925.9540.251.251.925.857.3519.7024.6029.3227.66① 正常密度水泥石的组分、物理特性与声速之间的关系注：表中配方1、3所用降失水剂为高分子型；配方2、4所用为水溶聚合物表中数据结果表明：高分子型降失水剂表中数据结果表明：高分子型降失水剂1-2天早期强度略高，水溶聚合物早期天早期强度略高，水溶聚合物早期强度略低，声速略有差异；与减阻剂复配后，高分子体系显示出缓凝效应，强度略低，声速略有差异；与减阻剂复配后，高分子体系显示出缓凝效应，强度下降强度下降,水溶聚合物声速值则略有增加；说明水溶聚合物声速值则略有增加；说明配方设计和外加剂选择配方设计和外加剂选择会影响会影响早期强度，从而导致早期强度，从而导致声速声速变化；因此，固井质量评价中应兼顾水泥浆配方设变化；因此，固井质量评价中应兼顾水泥浆配方设计和所选择的外加剂，合理评价固井质量。

计和所选择的外加剂，合理评价固井质量 （（1）水泥石组份对声速的影响）水泥石组份对声速的影响加重剂减阻剂%降滤剂%密度g/cm3抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）声速(102m/s)60℃×24h60℃×48h60℃×24h60℃×48h24h48h铁矿粉0.21.002.103.366.809.4522.5025.6327.93重晶石0.21.002.105.106.8516.7027.3524.8428.14铁矿粉0.41.252.103.406.6511.5014.9025.6427.40重晶石0.41.252.104.815.9017.5021.1027.2726.87② 加重水泥石的组分、物理特性与声速之间的关系 实验结果表明：相同密度和外加剂配比，重晶石体系24小强度均大于铁矿粉体系；铁矿粉体系2天强度增长率均大于重晶石体系，声速变化并未与强度变化呈绝对正比，根据超声测试原理，声波速度应与凝结物强度和致密性相关，说明外掺料加入后与水泥晶相的结合特性会影响声波速度变化（（1）水泥石组份对声速的影响）水泥石组份对声速的影响③ 不同减轻剂的低密度水泥石声速特点实验结果表明：密实减轻材料低密度水泥石（类火灰）1～2天强度大大低于空心减轻材料（漂珠）水泥石，用水量大是主要原因；但同样的低密度水泥石，密实减轻材料（类火山灰）的声速测量结果却不明显小于空心减轻材料（漂珠）的声速测量结果。

编号减轻剂密度g/cm3抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）声速(102m/s)60℃×24h60℃×48h60℃×24h60℃×48h24h48h1类火灰1.521.272.102.205.5021.9525.442漂珠1.502.873.7013.9016.6027.6026.183类火灰1.521.782.425.306.6522.2723.894漂珠1.503.584.7612.8018.2527.9226.61注：表中配方1、2所用降失水剂为高分子型；配方3、4所用为水溶聚合物（（2）水泥石抗压强度与声速变化的对应关系）水泥石抗压强度与声速变化的对应关系① 正常密度水泥石抗压强度发展与声速的对应关系编号温度降滤失剂%减阻剂%密度g/cm3抗压（Mpa）声速(×102m/s) 24h48h72h24h48h72hA601.0（H）01.9220.3026.2027.6527.6830.0430.40A751.0（H）01.9229.6527.7031.2524.7830.1730.22A901.0（H）01.9215.1023.2524.6624.4826.2427.56B601.25（L）01.9218.1023.3524.3326.0427.3027.96B751.25（L）01.9222.5520.2024.5827.3728.3328.65B901.25（L）01.9225.6025.8025.9925.6127.9329.56上表考察了纤维素类降失水单剂类配方水泥石抗压强度发展与声速的对应关系，没有考虑配方的综合工程性。

表中数据表明：抗压强度的发展与声速有一定的对应关系，随时间的发展抗压强度与声速测试结果对应较好（（2）水泥石抗压强度与声速变化的对应关系）水泥石抗压强度与声速变化的对应关系① 正常密度水泥石抗压强度发展与声速的对应关系编号温度降滤失剂%减阻剂%密度g/cm3抗压（Mpa）声速(×102m/s) 24h48h72h24h48h72hC601.0（H）0.51.9229.5013.2524.6527.5925.9527.61C751.0（H）0.51.9223.7525.1025.3327.0428.0328.91C901.0（H）0.51.9221.5025.6525.7825.9528.4329.13D601.25（L）0.251.9224.7017.9524.9927.2026.4527.45D751.25（L）0.251.9219.7024.6024.9426.3227.6627.98D901.25（L）0.251.9218.6021.6022.2025.1626.6027.78与减阻剂复配后的两种体系，1天强度都随温度升高而呈下降趋势；但强度绝对值高分子体系较高，声速对应关系不规则；2天强度数值高分子体系强度随温度升高而增大，水溶性聚合物体系呈波动趋势，声速对应关系较明显；3天强度数值高分子体系强度随温度升高而增大，水溶性聚合物体系呈波动趋势，声速呈相应变化。

（（2）水泥石抗压强度与声速变化的对应关系）水泥石抗压强度与声速变化的对应关系②加重水泥石抗压强度发展与声速的对应关系加重剂温度℃密度g/cm3抗压强度（Mpa）声速(×102m/s) 24h48h72h24h48h72h铁矿粉602.109.4522.5011.5625.6327.9325.67铁矿粉752.1010.6015.5512.3322.4024.0923.68铁矿粉902.1011.2314.3813.2221.6923.8622.45重晶石602.1016.7027.3514.5824.8428.1425.97重晶石752.1017.7521.4520.0126.0726.5426.26重晶石902.1010.4512.6512.5523.7223.5923.39铁矿粉加重体系1天与3天的强度随温度的升高呈单调上升趋势，2天强度随温度升高呈单调下降趋势，有温度效应点，横向比较声速与强度正相关，纵向上2天声速与强度正相关； 随温度的升高，重晶石加重体系1天强度有明显温度效应点，2天强度呈单调下降趋势，3天强度变化呈波动变化，横向与纵向比较声速与强度都正相关；（（2）水泥石抗压强度与声速变化的对应关系）水泥石抗压强度与声速变化的对应关系③ 低密度水泥石抗压强度发展与声速的对应关系减轻剂温度℃密度g/cm3抗压强度（Mpa）声速(×102m/s) 24h48h72h24h48h72h类火山灰601.522.205.50-21.9525.44-类火山灰751.525.005.05-22.7921.79-类火山灰901.523.002.00-15.5315.42-漂珠601.5013.9016.6016.8827.6026.1826.01漂珠751.5010.3511.0511.2325.4525.9426.02漂珠901.507.5516.9517.2122.4121.1120.98对于同一密度范围内的低密度水泥浆，减轻剂不同，抗压强度相差极大，但表现在声速上的差异却不大，因此声速反映值应结合减轻剂种类作具体分析。

而且对于同一种材质的低密度水泥石，其声速测值受温度的影响也较大，其规律性并不明显，同时测井时间对声速测值影响也较大，具体应针对外掺料种类和加量以及其物理特性来分析（（3）水泥石密实度与声速变化的对应关系）水泥石密实度与声速变化的对应关系密度g/cm3混合材质孔隙体积cc/g孔径分布声速/48h×102m/s1.90G0.020.0226.6026.601.50G+漂珠0.020.0224.9824.98G+漂珠+微硅25.8025.80G+硅藻土22.3422.342.10G+硅砂+钛铁矿24.8824.88G+硅砂+重晶石24.6924.69混合材质自身物理特性决定了水泥石声速测值的差异，孔隙率越小，水泥石越致密，其声速测值越大，如果以正常密度水泥石的声学反映为标准来评价低密度和高密度水泥石固井质量显然不准确（（3）水泥石密实度与声速变化的对应关系）水泥石密实度与声速变化的对应关系正常密度孔径分布漂珠低密度(1.50)孔径分布（（4）水泥石微观结构对声速的影响）水泥石微观结构对声速的影响① 正常密度水泥石微观结构正常密度的水泥石微观结构上存在缺陷，通过外加剂可改善水泥石内部缺陷，由于处理剂的不同，其内部密实程度及晶相结构存在差异，在声速测量值上有一定的反映。

（（4）水泥石微观结构对声速的影响）水泥石微观结构对声速的影响② 低密度水泥石微观结构漂珠低密度水泥石SEM漂珠微硅低密度水泥石SEM在漂珠低密度水泥石体系中，微硅的加入可以增加水泥石的密实性，其声速测值相应增大（（4）水泥石微观结构对声速的影响）水泥石微观结构对声速的影响② 低密度水泥石微观结构漂珠低密度水泥石SEM漂珠微硅低密度水泥石SEM材质自身的不均质性及存在裂纹等缺陷，微硅的加入起到充填密实的作用，又在一定程度上提高了水泥石抗压强度，但其声速测值在60℃和75℃低于漂珠低密度水泥石，在90℃时又高于漂珠低密度水泥石的声速测值这说明声速测值不仅与密实程度有关，还与水泥石内部晶相结构有关，温度越高越有利于水化反应，各组份不再是简单的充填作用（（4）水泥石微观结构对声速的影响）水泥石微观结构对声速的影响② 低密度水泥石微观结构（硅藻土低密度水泥石SEM）硅藻土低密度水泥石较漂珠水泥和漂珠微硅水泥石的密实程度要高，但其抗压强度远低于漂珠和漂珠微硅水泥石，其声速测值却与二者差不多，因此，声波水泥胶结测井反映材质藕合问题，有关水泥石真实物理特性反映指标还需要进一步深入研究（（4）水泥石微观结构对声速的影响）水泥石微观结构对声速的影响③ 低密度水泥石组份分析图中1为漂珠低密度水泥石试样的X射线衍射图，3为漂珠微硅低密度水泥石试样的X射线衍射图，由于微硅的加入，试样3中氢氧化钙峰值明显降低，这是由于微硅中二氧化硅与水泥水化产物氢氧化钙反应生成硅酸钙凝胶的原故，由于水化产物及晶相结构的差异在声速测值上表现出一定差异，对于同样低密度水泥石声速测值应针对不同的水化晶相结构具体分析才能真实反映固井质量。

（（4）水泥石微观结构对声速的影响）水泥石微观结构对声速的影响③ 低密度水泥石组份分析图中4为硅藻土低密度水泥石X衍射曲线，1和3分别是漂珠低密度和漂珠微硅低密度水泥石X衍射曲线，从图中可以看出硅藻土水泥石组份与漂珠和漂珠微硅低密度水泥石存在一定的差异，三者声速测值必然不同，相对于低密度固井质量的评价反映指标也应各不相同（（4）水泥石微观结构对声速的影响）水泥石微观结构对声速的影响③ 高密度水泥石组份分析图中5为重晶石加重水泥石X射线衍射图，图中6为钛铁加重水泥石的X射线衍射图，图中曲线清晰地反映了加重材料组份的差异，其水化产物晶相受外掺料的影响使其晶相结构具有一定的差异，对于同样密度的加重水泥石由于加重材料的不同其声速反映也不同（（4）水泥石微观结构对声速的影响）水泥石微观结构对声速的影响③ 高密度水泥石微观结构重晶石加重水泥石SEM钛铁矿加重水泥石SEM重晶石与周围水化物的胶结程度明显高于钛铁矿与周围水泥水化物的胶结程度，重晶石与周围水化物的胶结程度明显高于钛铁矿与周围水泥水化物的胶结程度，惰性充填物与水泥水化物的胶结程度必然引起声速测值的差别惰性充填物与水泥水化物的胶结程度必然引起声速测值的差别。

（（4）水泥石微观结构对声速的影响）水泥石微观结构对声速的影响③ 高密度水泥石微观结构重晶石加重水泥石SEM钛铁矿加重水泥石SEM重晶石加重水泥石与钛铁矿加重水泥石的密实程度具有一定的差异，可从重晶石加重水泥石与钛铁矿加重水泥石的密实程度具有一定的差异，可从SEM图片上直观反映出来，密实程度的差异必然导致其声速测值上的差异图片上直观反映出来，密实程度的差异必然导致其声速测值上的差异水泥混合材质对固井质量评价的影响水泥混合材质对固井质量评价的影响关于水泥混合材质对固井质量评价影响的几点认识：关于水泥混合材质对固井质量评价影响的几点认识：Ø正常密度水泥石抗压强度与声速测量结果有较好的对应关系；正常密度水泥石抗压强度与声速测量结果有较好的对应关系；Ø高密度水泥石和低密度水泥石与声速的对应关系与所选用的混合材质有关；高密度水泥石和低密度水泥石与声速的对应关系与所选用的混合材质有关；Ø加重剂重晶石与钛铁矿作为材质本身其声阻抗值不同，对水泥石抗压强度加重剂重晶石与钛铁矿作为材质本身其声阻抗值不同，对水泥石抗压强度的影响也不相同，其声速反映值及其规律与正常密度不同；的影响也不相同，其声速反映值及其规律与正常密度不同；Ø减轻剂中包括空心材质和实心材质，对水泥石抗压强度的的贡献能力大小减轻剂中包括空心材质和实心材质，对水泥石抗压强度的的贡献能力大小不同，其声速反映也存在差异，抗压强度与声速的关系与正常密度不同；不同，其声速反映也存在差异，抗压强度与声速的关系与正常密度不同；Ø混合材水泥石声学特征上的差异本质是水泥石微观晶相结构与密实程度的混合材水泥石声学特征上的差异本质是水泥石微观晶相结构与密实程度的差异，微观结构是影响水泥石声学特征的最本质原因；差异，微观结构是影响水泥石声学特征的最本质原因；水泥混合材质对固井质量评价的影响水泥混合材质对固井质量评价的影响Ø混合材质声学特征上的差异可以从声速测量值反映，固井质量评价应兼混合材质声学特征上的差异可以从声速测量值反映，固井质量评价应兼顾水泥石密度、外加剂种类、外加剂种类及抗压强度发展，只有搞清楚顾水泥石密度、外加剂种类、外加剂种类及抗压强度发展，只有搞清楚其声学特征反映才能真实反映固井质量；其声学特征反映才能真实反映固井质量；Ø水泥石工程特性的原理不同，凝固后形成水泥石的内部均匀、密实及晶水泥石工程特性的原理不同，凝固后形成水泥石的内部均匀、密实及晶相连续性特征不同，声速反应也不同，应进一步与晶相分析配合探讨变相连续性特征不同，声速反应也不同，应进一步与晶相分析配合探讨变化原因；化原因；Ø水泥浆配方设计会对材料硬化和结晶形态产生明显影响，从而影响声速水泥浆配方设计会对材料硬化和结晶形态产生明显影响，从而影响声速变化；变化；Ø鉴于声速影响因素众多，简单的声波测井结果不能正确反应固井质量。

鉴于声速影响因素众多，简单的声波测井结果不能正确反应固井质量。