CP-55在青西低密度固井中的研究與應用

馬永星，杜　江，程國惺，祁文明，孫愛明

（西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830026）

CP-55在青西低密度固井中的研究與應用

馬永星*，杜江，程國惺，祁文明，孫愛明

（西部鉆探工程有限公司國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830026）

玉門油田青西區塊為提高井身的承壓能力，實現產層的壓裂改造，采用全井封固的油層固井方式。考慮地層承壓、施工壓差等因素，全封固需用低密度固井來實現。青西區塊低密度固井采用普通漂珠作為減輕材料，普通漂珠作為低密水泥漿的減輕劑有加量高、水泥石強度低、漿體受壓增稠、增密度等問題。經調研引入了高承壓減輕材料CP-55，調配形成了青西CP-55低密度水泥漿體系，經過現場應用，徹底解決了以上問題。

低密度水泥漿；CP-55玻璃微珠；固井質量

1　固井減輕劑調研

1.1青西常用普通低密度水泥漿配方及性能分析

青西常用普通低密水泥漿密度1.4～1.5g/cm3，漂珠加量比例在20%～25%，由于漂珠比例大，漿體性能存在以下不足：普通空心漂珠承壓能力弱，承壓后破碎吸水，吸取漿體自由水，漿體密度、稠度增加、施工壓力升高、井漏及安全風險增加。

1.2其他油田減輕材料應用情況

單純靠增加漂珠的加量及提水灰比水灰比來降低水泥漿密度，不僅影響水泥石的強度，還嚴重影響水泥漿穩定變性，為施工安全及確保固井質量帶來不利因素，因此優選減輕料是保證低密水泥固井質量的關鍵。

1.3CP-55在大慶油田應用

大慶油田已進入高含水后期開發階段，20世紀末油田經歷了水驅二次開采，已進入三次聚合物驅采油階段，隨著三次采油技術的工業化推廣及三次井網加密，地下壓力系統復雜，易漏。應用CP-55低密度水泥漿體系在該地區固井應用效果良好，其調配水泥漿體承壓不增稠，在該區塊應用對固井井漏的預防控制有明顯效果。

CP-55配漿增壓不增稠度、不增密度，初稠低，現場水泥混漿容易；加量低有利于水泥漿其他綜合性能的提高；流變性好，有利于施工安全及候凝期間良好的液柱壓力傳遞能力；強度高，減輕材料加量少，提高水泥灰的有效組分。

2　CP-55玻璃微珠室內評價

2.1減輕劑性能要求研究[2]

保持水泥漿低密度，無顆粒析出，無自由水沉降，直至固化是低密水泥漿穩定性控制技術的主要任務，不僅要控制水泥漿的受阻沉降，還要控制水泥漿固相顆粒的差異上浮或沉降，使之沒有自由水，上下沒有密度差。

減輕劑顆粒在水泥漿中上浮的速度V和使水泥漿粘滯減輕劑顆粒最小靜切力與減輕劑密度直徑的關系為：當漿體密度一定時，減輕劑顆粒直徑越大，漿體與減輕劑顆粒的密度差越大，保持漿體所需穩定的切力越大，減輕劑顆粒上浮的速度越快，體系越不穩定；反之體系的粘度越大，減輕劑顆粒的直徑越小，減輕劑顆粒與漿體的密度差越小，保持漿體穩定的切力越小，減輕劑顆粒下沉的速度越小，體系越穩定。

2.2CP-55減輕劑與普通漂珠比較

通過前期調研了解到CP-55劑為碳酸鈉、二氧化硅、氧化鈣煅燒產物，屬于硅酸鹽類產品加工的低密度超細材料，堆積密度最低可達0.254g/cm3，比重遠小于現使用普通漂珠減輕劑0.8～0.9g/cm3，成品顆粒平均粒徑69.87μm，小于現使用普通減輕劑漂珠平均粒徑226.50μm。2種減輕材料粒徑在尺寸上相差接近1個數量級，其中較小粒徑的CP-55顆粒，具有更高的微觀結構強度，可以更易被漿體的液相粘滯力及固相顆粒間靜電引力束縛，從而提高了低密度漿體的耐壓強度及上浮穩定性。

在干灰中CP-55和水泥可以形成顆粒靜電吸附，可以和G級水泥形成比較理想的顆粒級配，水泥顆粒可以存在于CP-55顆粒的縫隙之間，從而降低水泥漿密度。由CP-55減輕劑具有的密度低、顆粒細的特點，遵循粒徑越小強度越高的物理結構規律，使其調配的低密度水泥漿密度達到要求的同時，做到了漿體穩定性，其配漿比例小、且耐壓強度高，可制備出密度更低的水泥漿體，密度可調范圍大。

2.3CP-55減輕劑水泥漿配方調配

調試中我們僅用5%～10%的CP-55加量取代了加量為20%的漂珠，CP-55低密水泥漿體系綜合性能良好。

2.3.1CP-55減輕劑調配水泥漿配方性能

應用CP-55調試青西低密度水泥漿配方：天G級+8%CP-55+30%砂+2%增韌劑+2%早強劑+2%膨脹劑+4%降失水劑+5%膠乳+0.2%緩凝劑+0.1%消泡劑，其基本性能見表1。

表1　CP-55減輕劑調配水泥漿性能

由以上數據可以看出，CP-55減輕劑調配的水泥漿相比普通漂珠水泥漿具有以下優點：

（1）同目標密度的水泥漿，CP-55加量僅為普通漂珠加量的40%。

（2）漿體初稠低，現場水泥漿混拌易操作，CP-55程惰性且無粘度效應，不影響水泥水化，稠化曲線穩定，增壓條件下，漿體不增稠、不增密度。

（3）漿體穩定性好，上下無密度差，適用于大斜度井及定向井、水平井固井中，滿足特殊井型對漿體穩定的要求。

（4）漿體養護流變性好，且增壓養護漿體無增稠現象，有利于減小固井施工過程中循環壓力，候凝期間液柱壓力的有效傳遞。

（5）CP-55減輕劑使用后，減輕劑BWOC降低后，增加了水泥的有效組分，配合早強劑使用，明顯提高了水泥石24h及48h強度。

2.3.2CP-55與漂珠加量與密度關系分析

表2　CP-55與普通漂珠加量對比

由表2可以看出：同目標密度下CP-55加量僅為普通漂珠1/3。

2.3.3CP-55低密水泥漿增壓密度分析

表3　CP-55與普通漂珠調配水泥漿增壓密度對比

從表3可以看出同密度要求下的水泥漿，CP-55低密水泥漿承壓50MPa條件下密度不變，普通漂珠水泥密度平均增加0.1g/cm3，試驗表明CP-55減輕材料具有較好的耐壓能力。

3　CP-55減輕劑現場應用

青2-71井為青西區塊窟窿山構造的一口開發井，該井設計為三層結構，三開采用尾管懸掛固井，于2014年9月23日采用?165mm的鉆頭三開，鉆至井深4888m完鉆，下入?127mm的尾管1628m至3259.66～ 4887.00m。固井施工時井底壓力達65MPa，11月7日采用CP-55低密度減輕水泥漿固井，施工中無壓力異常升高，且上塞循環至地面時，測量返出低密度水泥漿密度沒有變化，候凝48h后經原漿測井固井質量優質。

3.1施工基本數據

（1）完鉆日期：2014年11月1日；固井日期：2014年11月7日；

（2）固井方式：尾管懸掛；

（3）井身結構：

?375mm×1500.00m/?273mm×1499.00m；

?241mm×4300.00m/?193.7mm×4298.00m；

? 165mm ×4888m/? 127mm ×（3259.66～ 4887.00m）。

3.2固井準備情況

3.2.1水泥漿配方及主要性能

本井應用CP-55減輕材料調試配方：

天G級+8%CP-55+30%砂+2%增韌劑+2%早強劑+2%膨脹劑+4%降失水劑+5%膠乳+0.2%緩凝劑+ 0.1%消泡劑。

3.2.2鉆井液性能

該井前期鉆進過程中，為了滿足攜帶要求，鉆井液粘切偏高，固井前為了保護附件及懸掛器球座密封，稍減少了鉆井液處理時間，調整鉆井液性能至59s、密度1.15g/cm3、切力2/5。為了彌補沖洗及頂替效果，特配置輕漿及膠液。

3.3固井質量評價

測井顯示，水泥漿設計返高3259m，實際返高3259m，合格率100%，優質段長1230m，優質率75.6%，整體評價為優質。

4　認識與建議

（1）低密度水泥漿的核心是減輕劑，選擇承壓能力高、密度低，顆粒適中的減輕劑以減少減輕劑比例，有利于調配出承壓性好、強度高的低密度水泥漿。

（2）CP-55是一種承壓性能優越于普通漂珠的減輕劑，適用于深井低密度固井、單級一次性上返全封固井、易漏失井固井等類型固井中。

[1]馬春旭，段志偉，劉富芳，等.人造微珠低密度水泥漿的研究與應用[J].鉆井液與完井液，2014,31（2）：62-63.

[2]劉德平，等.漂珠低密度水泥漿固井技術[J].天然氣工業, 1996,17（3）:51-54.

TE25

B

1004-5716（2016）11-0094-03

2016-01-12

2016-01-18

馬永星（1983-），男（漢族），黑龍江漠河人，工程師，現從事固井技術服務工作。