非滲透防竄固井水泥漿體系的研究

摘 要：隨著大港油田開發的不斷深入，部分區塊局部注采不平衡、套管斷裂造成層間、層內壓力差異突出，形成了多套壓力層系，固井質量難以保證，這使得對水泥漿防竄性能要求越來越高，本文應用顆粒級配原理和緊密堆積理論，開發出了一套適合于多壓力體系復雜井固井的非滲透微膨脹防竄常規密度水泥漿體系，解決多套壓力層系固井技術防竄難題。

關鍵詞：非滲透；防竄；水泥漿；多套壓力層系

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.097

大港油田普遍采用加密井網與注水開發等方式來達到穩產和增產的目的，由于不能采用分片停注卸壓的方法，僅能采取調整加密井網布井的辦法。這樣施工井與注采井之間距離較近，因而造成注采紊亂，地層連通性強的客觀現狀。同時，由于大港油田儲層斷塊的特征顯著、地層不均質和斷層遮擋等多種地質構造，再加上巖性復雜、局部注采不平衡、套管斷裂等原因，造成層間、層內壓力差異突出，形成了多套壓力層系，即在一個井筒內形成高低壓并存的格局。主要表現在鉆井和固井中油、氣、水竄及漏失現象突出，尤其是嚴重影響了固井層間封固質量[1-2]。需要開展多壓力體系復雜井固井防竄水泥漿體系研究，解決多套壓力層系固井技術防竄難題。

1 水泥漿體系的設計思路

（1）應具有提高地層的承壓能力，防止固井頂替過程中發生水泥漿漏失；

（2）漿體穩定性與流變性好，紊流頂替臨界排量低，有利于提高頂替效率；

（3）稠化和靜膠凝強度過渡時間短，能有效地防止固井后水泥漿靜止候凝失重期間發生油氣水竄；

（4）控制水泥漿API失水≤50ml，析水≤0.2%，抗壓強度≥14MPa。

（5）改善水泥石與套管和地層之間的膠結能力，提高固井聲幅質量和油氣井的正常生產壽命。

（6）水泥石具有一定的彈塑性，以改善其抗沖擊破碎的能力，減小后續作業對水泥環封隔性能的影響。

2 水泥漿體系綜合性能研究

2.1 多壓力固井非滲透防竄常規與低密度水泥漿配方及性能

為了多壓力復雜井和大位移大斜度及水平井等特殊工藝固井的要求，經室內大量試驗研究，優選出了一套微膨脹、低失水（≤50ml）、零析水、高早期強度、高抗壓強度以及水泥石致密性高、抗竄性能力強和漿體穩定性與流變性良好的水泥漿體系。即采用以非滲透固體或液體降失水劑和晶格膨脹劑為主體，在根據顆粒級配緊密堆積原理，合理進行粒度匹配。試驗所選用超細顆粒微硅和早強劑可進一步降低水泥漿API失水、達到零析水、提高其沉降穩定性和水泥石早期強度以及抗壓強度、增強其水泥石致密性和水泥漿的抗竄能力。晶格膨脹材料的加入避免了水泥石的體積收縮，并產生適量的體積膨脹，提高了水泥環封隔地層的能力，改善了一、二界面水泥膠結封固質量，實現了多壓力復雜井和大位移大斜度及水平井等特殊工藝固井對水泥漿低失水（≤50ml）、零析水、高沉降穩定性以及水泥石體積不收縮基本要求。

2.2 多壓力體系固井非滲透防竄水泥漿體系綜合性能評價

（1）選用的非滲透固體或液體降失水劑是依靠高分子聚合物在水泥漿中的可控“聚集”、“交聯”反應，不但在井壁上形成一種致密、堅韌、很薄的彈性保護膜（7MPa壓差下，氣體難以通過此膜），而且在水泥漿內部可形成高分子網架結構，更增大了氣竄阻力，因此，在水泥漿水化強度不斷發展的同時，在環空水泥柱中產生附加阻力，使水泥漿的總阻力始終大于水泥漿不斷失重引起的地層與環空壓力差。因此，可有效地降低水泥漿的API失水（≤50ml）和析水（≤0.2%），提高了地層的承壓能力，防止固井注替過程中水泥漿的漏失，保護了油氣層，防止油氣水竄槽，從而滿足了多壓力復雜井固井的要求。另外非滲透液體降失水劑其有效成分分布均勻，水泥漿漿體流動度好（≥24cm），無增稠現象，具有良好的抗鹽性能（在18%NaCl水泥漿中仍有效）。

（2）該套水泥漿體系通過加入晶格膨脹劑以及超細顆粒微硅和增強劑，從而進一步地降低了水泥漿API失水和析水，即水泥漿API失水可控制在40ml以下，析水為0，避免了大斜度井段和水平井段水泥漿高邊析水而形成的油、氣、水通道所引起的油、氣、水竄；同時進一步提高了水泥漿的沉降穩定性和防竄能力，增強了水泥石的致密性，避免了水泥石的體積收縮并產生微膨脹——線性膨脹率0.19-0.62%，提高了水泥石與套管和地層之間的膠結能力以及水泥環的韌性和抗沖擊破碎能力，減小了后續作業對水泥環封隔性能的影響。其24h抗壓強度均>14MPa標準要求，大部分均在20-30Mpa之間。另外，由于其水泥漿體系具有微膨脹性能，因而其膨脹時，能夠通過擠壓井壁虛泥餅和大斜度井段及水平井段井眼底邊固相沉積物而增強水泥石與地層的膠結力，避免大斜度井段和水平井段井眼底邊存在固相沉積物而形成的油、氣、水通道所引起的油、氣、水竄。

（3）該套水泥漿體系具有很好的流變性，n值>0.8。與其它常規密度水泥漿體系相比，其流型指數、稠度系數及屈服值等流變參數都有較大的改善，易于達到低速紊流頂替，降低環空流動摩阻，有利于防止環空動態液柱壓力過高引起的井漏，對提高頂替效率較為有利。

（4）該套水泥漿體系不但稠化時間任意可調，而且稠化過渡時間短，防竄能力強。漿體稠度從30Bc到100Bc稠化過渡時間一般在7-12min以內，近似“直角”稠化，并且防竄阻力系數A值較小，防竄能力強。

（5）由于多壓力固井非滲透防竄水泥漿體系添加了超細顆粒——微硅和增強劑（也叫增塑劑），使水泥石的致密性得到進一步的提高，改善了水泥石與套管和地層之間的膠結強度，同時提高了水泥環的韌性和抗沖擊破碎的能力。

3 結論

研究形成的非滲透防竄固井水泥漿體系改善了水泥石與套管和地層之間的膠結能力、稠化和靜膠凝強度過渡時間短、防竄能力強，能滿足多套壓力層系固井對防竄的要求。

參考文獻：

[1]趙艷，周仕明.新型防竄水泥漿體系的研究與應用[J].鉆井液與完井液，2001，18（06）：27-30.

[2]朱哲，馬海忠，陳興中等.低成本防竄水泥漿體系固井技術[J].鉆井液與完井液，2003，20（05）：15-18.

作者簡介：劉天恩（1984-），男，工程師，從事鉆井工程相關工作。endprint