防包心搬土水泥漿體系的室內研究及現場應用*

李望軍，陸永偉，周成裕

(1 中海油田服務股份有限公司油化事業部深圳作業公司 ，廣東 深圳 518000；2 重慶科技學院化學化工學院，重慶 401331)

深水井在固井作業過程中存在很多困難因素[1-3]，如水泥漿柱上下溫差大，界面膠結質量差[4]，鉆井費用高，對水泥漿的各項常規性能和強度性能提出了更高的技術要求[5-7]。普通的搬土加降失水劑水泥漿體系存在強度不高、稠化曲線包心等弊端[8]。為了有效解決搬土加降失水劑水泥漿包心及強度不高的問題，本文優選了一種防包心搬土水泥漿體系，該水泥漿體系以搬土為主劑，輔以消泡劑、降失水劑、納米硅[9]以及緩凝劑配制而成。室內研究表明，防包心搬土水泥漿體系配方簡單，易于調節，失水可控，強度較高，稠化曲線平緩。防包心搬土水泥漿體系已多次成功應用于南海東部惠州區塊，現場應用表明：防包心搬土水泥漿體系配方簡單、現場易配漿、漿體流動性良好、水泥漿氣泡少、現場操作方便，現場固井質量優良[10]。

1 實 驗

1.1 主要儀器和藥品

主要儀器：雙缸增壓稠化儀；高溫高壓養護釜；高溫高壓失水儀；旋轉粘度計；恒速攪拌器；電子天平；鉆井液密度計。

藥品：山東水泥；消泡劑；降失水劑；搬土；納米硅；緩凝劑；水。

1.2 水泥漿體系配制

以搬土為主劑，輔以消泡劑、降失水劑、納米硅以及緩凝劑配制而成。采用山東G級水泥，井底循環溫度(BHCT)為107 ℃，井底靜止壓力(BHP)為20 MPa，密度為1.58 sg。水泥漿配方見表1。

表1 水泥漿體系配方Table 1 Cement slurry fomula

1.3 常規性能評價

根據GB19139-2012相關章節要求完成水泥漿失水、游離液、抗壓強度、稠化時間等常規性能的評價。

1.4 包心現象可調性

根據1.3中實驗方法，保持水泥漿其他添加劑加量不變的情況下，通過調整納米硅的加量，研究納米硅加量變化對水泥漿稠化曲線包心的影響。

1.5 溫敏性

根據1.3中實驗方法，保持水泥漿各添加劑加量不變的情況下，通過測試升5 ℃以及降5 ℃的稠化時間，分別研究溫度變化對水泥漿稠化時間的影響。

1.6 失水可調節性

根據1.3中實驗方法，保持水泥漿其他添加劑加量不變的情況下，通過調整降失水劑的加量，研究不同降失水劑加量變化對水泥漿失水性能的影響。

2 結果與討論

2.1 防包心搬土水泥漿體系的常規性能

由表1可知，防包心搬土水泥漿體系配方簡單，易于調節。從表2可知，防包心搬土水泥漿體系具有良好的流變性能、良好的失水性能、良好的強度性能。

表2 常規性能Table 2 General performance

2.2 防包心搬土水泥漿體系的包心現象可調性

在其他添加劑加量不變的情況下，改變納米硅的加量，其配方如表3所示。水泥漿稠化曲線見圖1、圖2。

表3 不同納米硅加量的水泥漿配方Table 3 Different pecent of nanometer silicon cement slurry fomula

圖1 1# 稠化曲線Fig.1 1# thicking curve

圖2 2# 稠化曲線Fig.2 2# thicking curve

根據圖1、圖2的稠化曲線，我們可以得出不同納米硅加量下水泥漿對應的稠化曲線包心現象，見表4。

從表4可以看出，不加納米硅，水泥漿稠化曲線存在包心現象；加入納米硅，水泥漿的稠化曲線不存在包心現象。因此，防包心搬土水泥漿體系的包心現象可以通過加入納米硅來進行調節。

2.3 防包心搬土水泥漿體系的溫敏性

為了研究防包心搬土水泥漿體系對溫度的敏感性，對該體系進行降5 ℃(55 ℃)、升5 ℃(65 ℃)的溫度敏感性稠化實驗，具體實驗結果如圖3、圖4所示。

圖3 55 ℃ 稠化曲線Fig.3 55 ℃ thicking curve

圖4 65 ℃ 稠化曲線Fig.4 65 ℃ thicking curve

根據圖1、圖3、圖4的稠化曲線，我們可以得出不同溫度條件下水泥漿對應的稠化時間，見表5。

表5 溫度變化對稠化時間的影響Table 5 Effect of temperature on static gel transition time

從表5可以看出，隨著實驗溫度的降低，水泥漿稠化時間增加；隨著實驗溫度的升高，水泥漿稠化時間縮短；沒有出現稠化時間突變的情況，說明防包心搬土水泥漿體系在該溫度段溫度敏感性良好。

2.4 防包心搬土水泥漿體系的失水可調節性

其余添加劑加量不變的情況下，改變降失水劑的加量，見表6。

表6 不同降失水劑加量的水泥漿體系配方Table 6 Different pecent of loss reduction agent cement slurry fomula

根據試驗結果，我們可以得出不同降失水劑加量下水泥漿對應的API失水性能，見表7。

表7 降失水劑加量對API失水的影響Table 7 Effect of loss reduction agent on thicking time

從表7可以看出，防包心搬土水泥漿體系在不同降失水劑加量下，隨著降失水劑加量的降低，水泥漿API失水增加；隨著降失水劑加量的增加，水泥漿API失水降低；說明防包心搬土水泥漿體系具有良好的失水可調節性。

2.5 防包心搬土水泥漿體系的現場應用

防包心搬土水泥漿體系已多次成功應用于南海東部惠州區塊，現場應用表明：防包心搬土水泥漿體系配方簡單、現場易配漿、漿體流動性良好、水泥漿氣泡少、現場操作方便，現場固井質量優良。

3 結 論

(1)防包心搬土水泥漿體系配方簡單，易于調節；

(2)防包心搬土水泥漿體系失水可控；

(3)防包心搬土水泥漿體系稠化曲線平滑無包心。