低密高強水泥漿體系增強劑的優選及應用

張強(中海油田服務股份有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

常規低密高強水泥漿體系可以有效降低固井過程井內ECD，解決固井漏失問題，但究其強度普遍偏低，電測固井質量較差，難以滿足射孔開采要求。為提高當前低密度水泥漿體系強度，對其增加劑進行優選，引入深水水合物低水化熱增強劑BT5，構建強度更高的低密高強水泥漿體系。

1 低密高強水泥漿體系增強劑的構建

1.1 構建原理

低密高強水泥漿是在漂珠低密度水泥漿中加入增強劑配制而成的。增強劑由具有較低密度、合理顆粒分布、富含硅質的膠凝材料組成。其增強機理如下：

(1)基于緊密堆積理論和顆粒級配原理，漂珠和水泥的粒徑不同，增強劑充填顆粒之間。

(2)水硬性材料使水泥中活性材料充分發生水化反應。

(3)活性材料與水泥中堿性物質發生反應，提高水泥石的綜合性能。

1.2 增強劑BT5主要成分及增強機理

增強劑BT-5主要由礦渣(slag)、粉煤灰(FA)和火山灰材料M和N組成。

將礦渣、粉煤灰和火山灰材料M和N按照一定的比例同時加入水泥，通過實驗對比得出：由四種膠凝材料配制的水泥漿的流變性好、強度高。

與室內常用的增強劑的性能對比發現： BT-5對水泥石強度作用優于現用的增強劑BT-1和BM，實驗對比數據見表1。

1.3 增強劑BT5加量優選

如表2所示，通過實驗，對比了10%、15%、20%增強劑BT5加量下漂珠低密度水泥漿體系24h強度，結果顯示：10%、15%、20%加量的增強劑BT5漂珠低密度水泥漿體系24h強度相差不大，以15%的加量強度最佳，且溫度超過40℃時，水泥石24h抗壓強度均超過14MPa。

表2 1.5g/cm3水泥漿不同BT5加量下的抗壓強度

1.4 體系漂珠加量優選

如表3所示，通過實驗，對比了13%、14%和15%的漂珠P62加量下低密度水泥漿體系24h強度，結果顯示： 在25℃和40℃溫度條件下，水泥石抗壓強度相差不大。

表3 不同P62加量下的抗壓強度(MPa/24h)對比

通過對增強劑種類、加量以及漂珠加量的對比優選，得出：基于增強劑BT5的水泥石強度比常規增強劑強度高，且15%加量的BT5和13%～15%加量的漂珠構建的低密高強水泥漿體系強度較大。

2 體系性能評價

2.1 體系常規性能評價

通過加入其他常用添加劑，從表4可看出，該水泥漿體系流變良好，無自由水，濾失量均低于50mL/30min/7MPa，24h抗壓強度較大。

2.2 體系強度評價

從表5可以看出：溫度超過40℃時，該體系水泥石24h抗壓強度均可超過14MPa，最高可達到24.8MPa。

表4 流變性能對比

表5 體系強度對比

同時和漂珠粉煤灰體系、常規漂珠體系進行強度對比，該體系強度均比其他體系大。

2.3 體系稠化性能評價

如圖1所示，通過做57℃不同緩凝劑加量下該體系的稠化時間，得出該體系在57℃下稠化時間與緩凝劑加量呈線性關系，即該體系稠化時間線性可調。

圖1 緩凝劑加量與稠化時間曲線

綜上所述：基于增強劑BT5的低密高強水泥漿體系流變性能好，無自由水，失水可控，稠化時間在15℃至90℃線性可調，24h抗壓強度較大。溫度超過40℃時，該體系水泥石24h抗壓強度均可超過14MPa，可高達24.8MPa，高于其他常規低密高強水泥漿體系。滿足射孔固井對油層封固的水泥漿性能要求。

3 現場應用

該體系在南海東部三口井進行了應用：常溫下的探1井，中溫下的生產2井、中高溫下的生產3井，井資料見表6。

表6 應用井資料

該體系在三口井應用表明，該體系在常溫、中溫、中高溫井段漿體穩定、流變好，稠化時間可調，強度較大，防竄性能好，尤其在中溫和中高溫井段，其24h強度遠遠大于封固油層要求的14MPa，具備封固油層能力。三次固井均未發生漏失，尤其生產3井，采用射孔開采，未見異常出水情況。該體系在三口井中的應用情況見表7。

表7 應用井固井資料

現場應用表明：使用基于BT5的低密高強水泥漿體系在南海東部常溫、中溫、中高溫固井應用3次，1.5g/cm3密度和良好的水泥漿流變性能有效降低固井時井內ECD，防止漏失發生，且漿體穩定、流變性好，稠化時間可調，抗壓強度高，防竄性能好，具備封固油層能力，可滿足易漏地層封固油層的作業要求。

4 結語

通過以上實驗研究和現場實踐，可以得出以下結論：

(1)基于增強劑BT5的水泥石強度比常規增強劑強度高，且15%加量的BT5和13%～15%加量的漂珠構建的低密高強水泥漿體系強度較大。

(2)基于增強劑BT5的低密高強水泥漿體系流變性能好，無自由水，失水可控，防竄性能好，稠化時間在15℃至90℃線性可調，24h抗壓強度較大。溫度超過40℃時，該體系水泥石24h抗壓強度均可超過14MPa，可達24.8MPa，高于常規低密高強水泥漿體系。滿足射孔固井對油層封固的水泥漿性能要求。

(3)1.5g/cm3密度的基于BT5的低密高強水泥漿體系滿足常溫、中溫、中高溫現場固井要求，其漿體穩定、流變性好，稠化時間可調，24h水泥石抗壓強度高，防竄性能好，具備封固油層能力，可滿足易漏地層封固油層的作業要求。