固井水泥漿性能對固井質量的影響分析

李新育

（中海油服油田化學事業部塘沽作業公司固井業務部，天津 300459）

1 背景

目前，隨著對固井質量影響因素全面而深入的研究，水泥漿性能對固井質量的影響越來越受到固井工作人員和科研人員的高度重視。研究表明，水泥漿的體系以及性能都會不同程度地對固井質量產生影響，但是關于水泥漿性能對固井質量影響的研究主要是室內實驗研究[1-4]。利用統計現場數據的方法研究水泥漿性能對固井質量的影響還很少，只對水泥漿的少數性能進行統計，沒有對水泥漿性能進行系統的統計[5-10]。在NH油田，能統計到的水泥漿主要性能包括水泥漿稠化時間、水泥漿稠化過渡時間、失水量、領漿長度、尾漿長度、領漿密度等。水泥漿的這些常規性能都會影響固井質量，并且可能是多個性能共同影響著固井質量。由此可見，從統計的角度出發，可以得到水泥漿的性能對固井質量的影響。接下來從統計學的角度研究水泥漿性能對固井質量的影響。

2 水泥漿性能對固井質量的影響分析

2.1 水泥漿漿柱結構對固井質量的影響

2.1.1 漿柱類型對固井質量的影響

水泥漿的構成包括領漿和尾漿雙凝結構或者單一水泥漿結構。單一漿體固井優質率低于雙凝水泥漿結構，這是由于單一漿體面對復雜井尤其是易竄井時很難把井固好。水泥漿構成的影響如表1所示。

由表1可知，水泥漿結構為領漿和尾漿時，其第一、第二界面的固井優質率和總合格率都高于使用單一結構水泥漿的情況。因此，設計水泥漿體結構時，封隔高低壓層易竄井應盡量考慮用領漿和尾漿的水泥漿結構。

2.1.2 水泥漿領漿和尾漿的長度比例

水泥漿領漿和尾漿的長度比會影響候凝過程的防竄能力和固井質量。當領漿和尾漿之比很小時，緩凝的領漿長度過短導致液柱壓力低于地層壓力而發生氣竄，再加之尾漿段過長，導致失重段增加，由此增加了氣竄的概率和U形管效應的發生，所以會導致固井質量的降低。水泥漿領漿和尾漿長度比例的影響如表2所示。由表2可知，水泥漿領漿和尾漿長度比大于1.0時，其第一、第二界面的固井優質率和總合格率明顯高于水泥漿領漿和尾漿長度比小于1.0時的情況，尤其是領漿和尾漿長度之比小于0.5時，固井合格率很低。因此，在設計領尾漿長度時，應注意水泥漿領漿和尾漿的長度比例。

2.2 漿體密度差對固井質量的影響

2.2.1 水泥漿領漿和鉆井液密度差

隨著水泥漿領漿和鉆井液密度差值越來越大，不僅浮力增加而且流動壓力梯度也在增加，有利于提高頂替效率。水泥漿領漿和鉆井液密度差的影響如表3所示。由表3可知，隨著兩者差值增加固井質量優質率增加不明顯，當兩者差值大于0.7 g/cm3時，固井優質率明顯提高。因此在注水泥過程中，要特別注意控制好水泥漿和鉆井液的密度差。

2.2.2 稀水泥漿和鉆井液密度差對固井質量的影響

稀水泥漿和鉆井液密度的差值越大，越有利于頂替效率的提高。稀泥漿和鉆井液密度差的影響如表4所示。

由表4可知，稀水泥漿和鉆井液密度差大于0.40 g/cm3時，其第一和第二界面的固井質量明顯提高。因此，在設計稀水泥漿和鉆井液密度時，應考慮兩者之間的差值。

2.3 水泥漿性能對固井質量的影響

2.3.1 水泥漿初稠

水泥漿初稠對頂替流態有很大的影響，可影響頂替效率和固井質量。當水泥漿初稠較小時，則可能降低頂替效率；當水泥漿初稠較大時，流動度較低，導致部分環空返速達不到要求，從而影響固井質量的提高。水泥漿領漿和尾漿初稠的影響如表5所示。由表5可知，水泥漿的初稠在5～10 BC時的固井質量較高。因此，設計水泥漿初稠在一定的范圍內可以提高固井質量。

表5 水泥漿領漿和尾漿初稠的影響

2.3.2 水泥漿稠化過渡時間

水泥漿的稠化過渡時間是水泥漿防竄系數的核心指標之一，稠化過渡時間越短，防竄效果越好。這是因為稠化過渡時間縮短后，減少了地層流體竄入井內的時間，有效地防止竄流的發生，從而提高固井質量。水泥漿領漿和尾漿稠化過渡時間的影響如表6所示。由表6可知，水泥漿領漿和尾漿稠化過渡時間少于20 min時，其第一、第二界面的固井優質率和總合格率都相對較高。因此，應盡量使水泥漿的稠化過渡時間控制在20 min以內。

表6 水泥漿領漿和尾漿稠化過渡時間的影響

2.3.3 水泥漿領漿和尾漿稠化時間差值

水泥漿領漿和尾漿的稠化時間差值主要影響著水泥漿的防竄效果，差值不宜過小也不宜過大。當水泥漿領漿和尾漿的稠化時間差偏小時，使領漿的緩凝效果減弱，地層流體有可能在領漿開始失重并且尾漿膠凝強度未達到240 Pa時進入井內，導致竄流發生；當水泥漿領漿和尾漿的稠化時間差偏大時，領漿的過度緩凝可能會影響尾漿的凝固效果，導致竄流發生，從而使得固井質量降低。水泥漿領漿和尾漿稠化時間差的影響如表7所示。由表7可知，水泥漿領漿和尾漿的稠化時間差值介于40～60 min時，其第一、第二界面的固井優質率和總合格率都相對較高。因此，應該使水泥漿領漿和尾漿的稠化時間差控制在40～60 min以內。

表7 水泥漿領漿和尾漿稠化時間差的影響

2.3.4 水泥漿性能系數SPN值

SPN值是水泥漿防竄系數的指標之一，SPN值小于3時，表示防竄效果好；SPN介于3～6之間時，表示防竄效果中等；SPN大于6時，表示水泥漿防竄效果差。水泥漿領漿的SPN值的影響如表8所示。

由表8可知，水泥漿領漿的SPN值小于3時，固井質量優質率較高；水泥漿尾漿的SPN值小于6時，固井質量優質率較高。

表8 水泥漿領漿的SPN值的影響

因此，在用SPN設計水泥漿的防竄性能時，注意分別考慮領尾漿的防竄特性。

3 結論

水泥漿結構使用領漿和尾漿比用單一結構的固井質量要高，且當領尾漿的長度比大于1.5和領尾漿的稠化時間差為40～60 min時，有利于提高固井質量。

水泥漿領漿和尾漿的稠化過渡時間少于20 min時，有利于提高固井質量。如果用水泥漿性能系數SPN評價水泥漿的防氣竄能力，則領漿的SPN值小于3及尾漿的SPN值小于6時，有利于保證固井質量。