层； (3)支撑套管和防止地下流体对套管的腐
蚀.
第二章 油井水泥及外加剂
2.1 概述
➢固井作业的主要环节： 下套管和注水泥； ➢提高水泥浆对泥浆的顶替效率：紊流注水
泥； ➢固井质量评价：通过声波等不同的测井方
式评价水泥胶结质量； ➢油井水泥：“波特兰”水泥。
2.2 波特兰水泥
一、水泥的生产和化学组成 二、水泥熟料矿物的组成 三、水泥水化反应及其机理 四、水泥水化反应速度及影响因素 五、水泥水化的历程和机理
2CaO + SiO2
C2S + QP （放热）
2.2 波特兰水泥
一、水泥的生产和化学组成
熔烧带(1300~1500℃)主要为液相反应：
C4AF,C3A,MgO等均成熔融状态，C2S转化成C3S见下列反应式：
2CaO SiO + CaO
3CaO SiO2 + QP （放热）
其中1300~1450℃阶段，由C3A,C4AF熔融后产生的 液相把CaO和部分C2S溶解，C2S吸收CaO形成C3S 必须有充分的时间，以保证C3S的生成，否则，过多 的游离CaO的存在，将影响水泥的安定性。
3（CaO Al2O3） + 2CaO
5CaO 3Al2O3 + QP（放热） （C5A3）
5CaO Al2O3 + 3(2CaO Fe2O3) + CaO
3(4CaO Al2O3 Fe2O3) + QP （C4AF）
5CaO 3Al2O3 + 4CaO
3(CaO Al2O3) + QP （C3A）
2.2 波特兰水泥
一、水泥的生产和化学组成
水泥熟料的四种主要成分是在生料煅 烧过程中不同的温度下生成的。其物 料反应为：
500℃
Al2O3·2SiO2·2H2O
Al2O3·2SiO2+2H2O↑
（高岭石）
（偏高岭石）
2.2 波特兰水泥
一、水泥的生产和化学组成
碳酸钙的分解带，释放出大量的CO2， 反应式如下：
2.2 波特兰水泥
二、水泥熟料矿物的组成
1、硅酸三钙(C3S)
硅酸三钙是水泥中含量最多的矿物成分。一般油井 水泥中含量为40%~65%。是水泥产生强度的主要化合 物强为。度3.2水的5，泥水。的泥稳早，定期则温强C3度度S的1也2含是50量由~2可C12相5S0产应℃生增，的高在。。高如C于3需S2相1要5对0高℃密早时度期 分解为CaO和液相，在低于1250℃时分解为C3S和 C进a行O，。在但低是温，下C3这S的一分分解解仅很在弱1。25所0以℃在附水近泥时生才产会工迅艺速 中分下M使的g，三结保解O是方构留。、把晶具下从Al水系有来121O泥如的R030-等熟下是C℃，3料特三S到它和放点斜室们单在：晶温仍斜冷系，能晶却TC-进系C3机S3入M有S中。-C六C急3由3S种冷S晶于稳多以格水定晶尽并泥。形量形熟因式减成料此，少固中，在C溶含3C常S3体有的S温
煅烧处理生产流程
S
2.2 波特兰水泥
一、水泥的生产和化学组成
在硅酸盐水泥中，氧化物的简写方式如下： C——CaO；S——SiO2；A——Al2O3； F——Fe2O3；M——MgO；H——H2O； S——SO3；CH——Ca(OH)2。
2.2 波特兰水泥
一、水泥的生产和化学组成
➢水泥生产流程：
CaO+SiO2 Al2O3 Fe2O3 1450~165泥的生产和化学组成
波特兰水泥是研磨得很细的含钙的无机化合物的 混合物，在水中能水化和硬化，是目前最常用的水硬 性胶凝材料。
制造波特兰水泥的原材料是石灰石和粘土或页岩 类。石灰石中CaO的质量分数应高于45%，粘土矿物 按质量分数SiO2为60%~70%，Al2O310%~20%， Fe2O34%~9%。如果粘土矿物中SiO2不足时可加入硅 石、火山灰、硅藻土等。粘土和页岩中含铁、铝不够 时，尚须加入一定量的铁矿石和含铝高的原材料。在 这些原材料中加入少量的矿化剂(如荧石)可以改善煅烧 条件。
2.2 波特兰水泥
一、水泥的生产和化学组成
➢波特兰水泥的生产流程： 原料混配、粉碎、煅烧、冷却、熟
料研磨等单元。 ➢波特兰水泥的生产工艺： （1）干法 （2）湿法
2.2 波特兰水泥
一、水泥的生产和化学组成
➢干湿法生产流程：
原料混配、粉碎流程
2.2 波特兰水泥
一、水泥的生产和化学组成
➢干湿法生产流程：
第二章 油井水泥及外加剂
本章的主要内容：
2.1 概述 2.2 波特兰水泥 2.3 API油井水泥分级方法及性能 2.4 油井水泥外加剂及作用原理 2.5 介绍几种特殊水泥体系 2.6 前置液
第二章 油井水泥及外加剂
2.1 概述
➢固井的作用： (1)封隔油、气、水层，阻止地层间流体
相互窜流，保护生产层； (2)封隔严重漏失层或其它坍塌等复杂地
2.2 波特兰水泥
二、水泥熟料矿物的组成
通过了解水泥的生产过程，能更好地理解熟料矿物的结构特征。水泥 熟料矿物中主要成分C3S和C2S属硅酸盐矿物，硅酸盐晶体结构很复杂， 它不是化学上按偏硅酸盐，正硅酸盐或多硅酸盐分类，而是根据晶体硅 氧四面体(用[SiO4]来表示)在结构排列方式的不同来分类的。经过大量硅 酸盐晶体的结构分析发现，硅酸盐结构中Si4+与Si4+之间不存在直接的键， 而键的联系是通过氧来完成的，每一个Si4+存在于四个O2-为定点的四面 体的中心，构成[SiO4]四面体，也可用[SiO4]4-的络阴离子形式来表示。 它是硅酸盐晶体结构的基础。硅酸盐中[SiO4]四面体的结合有岛状、组 群状、链状、层状和架状等五种形式。水泥熟料矿物中主要成分C3S、 C2S及其各种晶形，属于岛状结构。这一类结构之所以称为岛状是因为 [SiO4]四面体各个顶角并不互相连接，每个O2-除已经与一个Si 4+相接外， 不再与其它的硅氧四面体中的Si4+相配位。这样，每个O2-剩下的一价可 与其它金属离子相配位而达到电价的满足。例如C3S或C2S中的氧可以和 Ca2+、Mg2+、Fe2+等配位而组成八面体或十二面体。
原料：石灰石 粘土 大理石 粘土质页岩 铁矿石等
水泥组分 3CaO SiO2(简写C3S)硅酸三钙 2CaO SiO2(简写C2S)硅酸二钙
3CaO Al2O3（简写C3A）铝酸二钙
4CaO Al2O3 Fe2O3（简写C4AF） 铁铝酸四钙
＋石膏 （CaSO4 2H2O)
1.5%~3.0% 研磨
水泥
640℃
MgCO3
MgO+CO2↑
960℃
CaCO3
CaO+CO2↑
2.2 波特兰水泥
一、水泥的生产和化学组成
在1000℃为放热带，主要是固相反应：
CaO + Al2O3 1000℃ CaO Al2O3 + QP （放热） （CA）
2CaO + Fe2O3 1000℃ 2CaO Fe2O3 + QP （放热） （C2F）