二疊系固井堵漏技術及配方優選探討

【摘要】在裂縫性地層鉆井過程中經常發生鉆井液漏失的現象，給井下安全造成巨大的挑戰，同時對油氣層造成不可避免的污染;裂縫性漏失一般漏失量比較大，當鉆井液靜止時，裂縫性的地層會隨地層壓力和地層流體變化發生短期愈合的假象，表現形式為在小排量、含堵漏材料的鉆井液可建立循環;本文結合裂縫性堵漏一般規律，確定較理想的堵漏配方。

【關鍵詞】二疊系;固井技術;水泥漿

地下巖層中存在不同程度的自然裂縫，在破碎地層帶鉆進，伴隨憋跳、鉆速加快等現象的出現時發生井漏，漏失速度一般在20～100m3/h;目前堵漏工藝較多，各有優點和缺點，如下橋塞、應用橋接堵漏劑等等;在壓差較大的裸眼井段不適合用橋塞堵漏劑，最主要結合固井施工工藝和水泥漿體系進行有效的操作;對于空隙性低壓地層、滲漏性地層和誘導裂縫性地層，采用低密度水泥漿具有一定的防漏，但其具有高體積收縮性、高脆性、抗壓強度低、水泥漿體系穩定性差的特點，不能有效的防漏和改善固井質量。為此本文針對二疊系漏失地層進行的案例分析及探討。

一、二疊系堵漏技術難點

（1）白堊系、侏羅系、三疊系、石灰系泥巖易吸水膨脹或剝落掉塊，對固井施工，特別是前置液體系以及水泥漿體系提出較高的要求。

（2）二疊系地層應力大，井壁穩定性差，極易造成井下復雜情況。

（3）采用常規密度水泥漿體系（1.90g/cm3），水泥石后期強度較高，鉆塞進行下一步開鉆時容易形成新井眼，這樣就不能滿足鉆井工程設計對井身質量的要求。

（4）三疊系和志留系出現鹽水侵和HCO-3污染，井底溫度較高，對固井施工安全影響較大。

二、針對二疊系堵漏的技術原理及相關應用

二疊系堵漏水泥漿體系大部分采用低密度和靜液柱壓力比較低的配方，但這樣容易出現水泥漿下落的情況，從而造成水泥漿進入不到目的層，為此采取高觸變性水泥漿體系和低密度纖維水泥漿體系。

（一）觸變性水泥漿相關原理解釋

水泥漿觸變性是指攪拌后水泥漿變稀，靜止后變稠的特。即水泥漿在一定的剪切速率作用下，視粘度隨作用時間的延長而逐漸減小，當剪切作用停止后，水泥漿視粘度又重新升高的現象。作用機理：1.由于膠凝強度增加，水泥漿的重量被懸掛在井壁上，降低了作用在地層上的液柱壓力;2.當觸變性水泥漿進入漏層后，其流速減慢，漿體結構迅速形成，而后水泥漿流動阻力增大，漏失地層易被堵塞，從而達到固井堵漏施工的效果;3.觸變水泥漿失重值等于過平衡壓力時，其膠凝強度可達到240Pa，可有效防氣竄;4.滲透地層堵漏，可把觸變性水泥漿作為先導漿，以達到增加擠住壓力提高擠水泥成功率的目的。

（二）增韌纖維水泥漿體系相關機理解釋

利用纖維材料的邊緣與孔隙、裂縫產生的較大的摩擦、組掛和滯留作用，形成網架結構，進而利用纖維細而光滑。曲張變形的特點造成無孔不入，滑而易動的環境，再以纖維的密集堆積作用，達到堵漏效果。其作用機理如下：1.纖維進入漏層后，其稠度和塑形強度急劇增加，很快失去流動性，同時與漏失通道孔隙壁面形成堵塞物，從而避免與地層水接觸出現強烈稀釋現象，達到堵漏效果;2.纖維水泥漿體系與原漿相比流動度降低2.5%，加入纖維后，失水量降低15.6%，主要原因時水泥漿的不同尺寸的纖維存在，使得其失水面積減少，水分子遷移困難，不過其稠化時間縮短大約66%;3.纖維水泥漿沉降穩定的提高，一般原漿基本服從受阻沉降原理，不論團粒大小如何均已相同的速度沉降。纖維在水化顆粒及井壁間形成不同類型的網狀結構，從而阻止水泥顆粒的下沉，增加水泥漿沉降穩定性;4.纖維水泥漿體系抗滲透性提高、降低了水泥石體積收縮。水泥在摻入纖維后，由于表層材料中存在纖維材料，使得失水面積減少，水分子遷移困難，從而使毛細管失水收縮形成的毛細張力有所下降，纖維與水泥之間的界面的粘接力會增加水泥石抗收縮變形的能力，降低水泥石收縮變形值。

（三）低密度水泥漿體系相關機理

低密度水泥漿體系發展至今大概有四種：一種是加入高比例的混合水，并控制游離液，一般加入粘性的輕質填充物，如膨潤土、水玻璃等等，一般密度只能降到1.44g/cm3，第二種是加入細小而耐壓的中空玻璃微珠，密度能達到1.32g/cm3，第三種是利用鉆井液、礦渣、微硅通過鉆井液轉化技術，使水漿密度達到1.32～1.6 g/cm3，第四種使泡沫水泥，在基漿中加入微珠，使水泥漿密度降到最低。

1.粉煤灰與水泥水化時析出游離石灰反應生成穩定的低鈣硅酸水化物，提高了水泥石強度和致密性，從而水泥中游離的石灰被水或二氧化碳浸洗形成孔隙，引起水泥的腐蝕和破壞，因此粉煤灰不僅有其他低密度水泥具有的高強度，而且具有抗滲透性和抗硫酸鹽腐蝕能力。

2.粉煤灰水泥漿體系具有良好的穩定性，但存在游離液大的缺點，故需配合其他添加劑改善其性能，如加入10%微硅，提高了水泥石的致密結構，抗腐蝕能力進一步提高，同時微硅水泥漿體系安定性和觸變性好，析水、體積收縮率基本為零，水泥漿密度差甚微，主要是微硅粒徑小，比表面大，吸附能力強的緣故。

三、二疊系堵漏水泥漿外加劑及配方優選

（一）室內水泥漿實驗

針對二疊系堵漏固井技術難點，通過對甲方外加劑廠家的咨詢和固井實驗室反復的小樣實驗，最終調出合適的水泥漿體系。

該水泥漿體系是水溶性聚合物降失水，通過吸附和聚集的雙重作用，在溶液中形成弱膠結的膠體聚集地，可穩定的嵌入濾餅，同時通過粉煤灰調節密度，減少液柱壓力，加入微硅提高漿體安定性及抗腐蝕能力有效解決三疊系存在的HCO-3問題，增韌纖維的加入并能吸附在水泥顆粒表面，減小孔隙尺寸，具有降濾失、防漏、防竄優良特性。

（二）固井水泥漿實驗配方

基于室內試驗數據，利用現場的阿克蘇G級水泥+粉煤灰、現場水與沃爾德外加劑進行了配伍實驗驗證，試驗條件：BHCT為100℃，壓力65Mpa，水泥漿密度1.70g/cm3，現場大樣試驗結果：69Mpa、30min API失水44l，游離液為0，流動度21cm，稠化時間400分鐘。水泥漿大樣試驗結果完全滿足施工要求。

四、結束語

水泥漿設計：（1）油層固井時，在尾漿中加入膨脹劑、等提高尾漿段封固質量。（2）根據井型、井別、井段不同調整水泥漿配方，在工況條件允許的情況下，縮短尾漿稠化時間。（3）易漏地層采用低密度水泥漿進行封固，固井設計時重視流體力學及防竄壓穩設計。（4）控制領漿比尾漿稠化時間長100min以上，領漿的流變性能要優于尾漿，提高水泥漿大小樣的稠化時間復合性。

作者簡介：

孫瑞（1989-），男，山東高青人，本科，助理工程師，山東勝油固井工程技術有限公司。