微膨脹防竄型水泥漿體系在岐122-11 井中的應用

齊 奔，于倩倩，郝華中，付家文，孫勤亮，劉文明，商曉陽，杜 濱

（渤海鉆探第二固井公司，天津 300280）

該井的施工難點為：（1）本次固井井深超過4 500 m，為深井作業，井底溫度難以判定；（2）固井封固段長達2 372.00 m，施工過程中存在漏失風險；（3）泥漿密度1.65 g/cm3，后效14 m/h，候凝期間不易壓穩；（4）油層封固段長對速凝漿要求高，緩凝漿、速凝漿上下溫差較大，對水泥漿性能、特別是緩凝劑的性能提出了較高的要求。

使用的對策：（1）為保證固井質量，滿足甲方開采需要，本井使用三凝水泥漿體系；（2）本井井底溫度較高，為了防止施工過程及候凝期間浮箍失效問題，本井使用雙浮箍；（3）為更好壓穩油氣層及沖洗井壁，本井使用密度為1.85 g/cm3加重隔離液37.50 m3，并水泥漿、泥漿污染實驗；（4）套管到底后，先用小排量頂通后，再用大排量（2.1 m3/min～2.2 m3/min）循環洗井，調整泥漿性能，并保證進出口密度一致；（5）采用三凝水泥漿體系，控制水泥漿稠化時間，拉開緩速凝漿稠化時間，有效壓穩油氣層；（6）浮箍以上每兩根下一支彈性單弓扶正器，共下136 只保證套管居中度；（7）為了有效清洗井壁，本井沖洗液設計200 m，為了壓穩上層油氣層，本井加重隔離液設計1 500 m。

1 微膨脹防竄型水泥漿體系的室內試驗

1.1 外加劑的優選

（1）防竄型抗鹽降失水劑G33S：是一種白色流動的粉末，抗溫性能：30 ℃～200 ℃，抗鹽性能：淡水直至飽和鹽水，具有良好的降失水效果，并且能夠改善水泥漿流動性能，對強度無不良影響，水泥漿稠化過渡時間短，接近直角稠化，有效防止了防氣竄的發生，適應水泥性能好,和其他外加劑配伍性好，水泥穩定性好，游離液接近于零。

（2）油井水泥膨脹劑G401：主要依靠水泥水化產物晶體膨脹，能補償因水泥漿（石）收縮，并產生體積微膨脹，有利于防竄，壓縮水泥石孔隙并改善孔分布，達到提高強度和降低滲透率的目的，在受限狀態下產品預應力，提高水泥環的膠結強度，有利于防止水泥石及套管的腐蝕，控制環流。與其它外加劑配伍性好，不影響水泥漿的其它性能，有較寬的溫度適用范圍（25 ℃～150 ℃）和良好的抗鹽性能。

（3）高分子聚合物緩凝劑GH-9：是雙羧酸基團和磺酸鹽基團與鋁酸三鈣和硅酸三鈣反應，通過吸附、螯合、分散和潤濕等作用，在水泥水化初期通過擴散雙電層分散水泥顆粒，在水泥顆粒表面與鈣離子形成溶劑化膜，優先吸附于鋁酸三鈣減緩了水化作用，表現了很強的緩凝作用，而對硅酸三鈣則表現出較弱的吸附性能，從而也保證了后期水泥強度的發育。在中深井中、深井中使用，能有效延長稠化時間，增加可泵時間，可配制出直角稠化水泥漿體系。

1.2 水泥漿體系的優選

該井使用的水泥漿體系為G33S+G401+GH-9 所組成的微膨脹直角稠化防氣竄水泥漿體系。該水泥漿體系在稠化的過程中直角稠化，可以起到防氣竄的作用，而且水泥漿中加入G401 晶格膨脹劑，防止水泥在凝固的過程中收縮，進一步的防止了氣竄的發生。然而，另一方面，由于封固段較長，漿體的上下溫度差較大，所以筆者做了在不同溫度段下的稠化曲線以及緩凝劑加量在不同溫度下的稠化時間圖。考察了在90 ℃～130 °C 下加入一定量的緩凝劑GH-9，其稠化曲線（見圖1）。

從圖1 中可以看出，水泥漿在不同溫度段的稠化曲線均為直角稠化，而且隨著溫度的升高，稠化時間逐漸縮短，幾乎呈現線性關系，這說明緩凝劑對溫度不敏感，符合大溫差井固井的要求。為了進一步的考察水泥漿的性能，筆者還考察了水泥漿的綜合性能，結果（見表1）。

表1 考察了常規密度膠乳水泥漿的流變性、流動度、自由水以及密度差等性能。從表1 中可以看出，膠乳水泥漿的綜合性能良好，水泥漿的自由析水小于0.2 %，密度差均小于0.02 g·cm-3，這說明漿體具有良好的穩定性，滿足固井要求；水泥漿的流動度均大于20 cm，具有良好的流動性。而且水泥石在24 h 常壓養護后，抗壓強度均大于14 MPa，滿足施工要求。

表1 水泥漿的綜合性能

圖1 微膨脹防竄水泥漿在不同溫度下的稠化曲線

2 固井現場試驗

由于該井井深4 872 m，封固段長達2 372 m，在施工設計的過程中使用三凝水泥漿體系，可以拉開速緩凝漿稠化時間，有效的壓穩油氣層（見表2），為實際施工中所使用的水泥漿量，以及返深要求。

表2 水泥漿實際用量和密度要求

2.1 水泥漿稠化實驗

稠化曲線配方：緩凝漿：華銀G 級100 g+硅粉30%+微硅5 g+G401 2.2 g+G33S 2.5 g+GF-1 0.3 g+GH-9 1.5 g；中間漿：華銀G 級100 g+硅粉30 %+微硅5 g +G401 2.2 g+G33S 2.5 g+GF-1 0.3 g+GH-9 1.0 g；速凝漿：華銀G 級100 g+硅粉30 %+微硅5 g+G401 2.2 g+G33S 2.5 g+GF-1 0.3 g+GH-9 0.5 g；稠化曲線（見圖2）。水泥漿的綜合性能（見表3）。從表3 中可以看出，水泥漿的各項性能優異。

2.2 具體施工措施

2014 年7 月18 日16：00 開始下套至19 日20：00下完。19 日20：30 至20 日7：30 循環泥漿，排量1.8 m3/min～2.0 m3/min。施工前試壓20 MPa。8：00～8：22 注前置液，加重隔離液38.4 m3，排量1.8 m3/min～2.0 m3/min，沖洗液5 m3，排量0.8 m3/min～1.0 m3/min。8：24～9：40 注水 泥 漿 緩 凝 漿30.5 m3，最 大 密 度1.90 g/cm3，最小密度1.84 g/cm3，平均密度1.87 g/cm3；中間漿16.2 m3，最大密度1.90 g/cm3，最小密度1.86 g/cm3，平均密度1.88 g/cm3，速凝漿14.7 m3，最大密度1.91 g/cm3，最小密度1.87 g/cm3，平均密度1.89 g/cm3，排量0.8 m3/min～1.0 m3/min。9：42～10：36 用水泥車壓入壓塞液2 m3，排量0.4 m3/min～0.6 m3/min，并用泥漿泵替泥漿50 m3，排量1.7 m3/min～1.9 m3/min，用水泥車替清水4.4 m3，排量0.4 m3/min～0.6 m3/min，碰壓18.0 MPa。環空加壓5 MPa。

表3 水泥漿性能表

圖2 水泥漿速凝漿、中間漿和緩凝劑稠化曲線

3 結論

（1）岐122-11 井鉆完井深較深，而且封固段達到2 372 m，在固井施工中存在漏失等風險，因此，該井使用三凝水泥漿體系進行固井。

（2）G33S 類型降失水劑具有良好的降濾失性能，稠化過程中過渡時間較短，具有一定的防氣竄性能，加入G401 晶格膨脹劑進一步的起到防竄作用。

（3）施工過程中，通過注入加重隔離液和沖洗液，保證了井下壓穩和井壁沖洗干凈，采用1.0 m3/min 的排量，保證水泥漿實現塞流頂替，提高了頂替效率，固井質量合格。

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［2］ 李善云，解忠義，謝意，等.費爾甘納盆地長封固段大溫差固井技術研究與應用［J］.鉆采工藝，2011，34（5）：31-33.

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