浅层漏失井挤水泥技术研究及在苏丹六区的应用

【摘要】苏丹6区的FNE区块浅层属于Zarap、Betinue层位，因层位地层以粉砂土和砾石为主，孔隙、裂缝发育，挤水泥施工面临的主要问题是地层松软、漏失严重。采用常规挤堵材料和挤堵工艺进行挤堵已不能解决这一区块的漏失问题。经过大量的室内试验和现场应用，确定出性能优良的胶质复合堵漏水泥浆体系及配套工艺，解决了该地区浅层漏失井挤水泥的技术难题。

【关键词】苏丹FNE地区 浅层井挤水泥 胶质复合堵漏水泥浆 挤堵工艺

1 浅层漏失井挤堵难题探讨

1.1 挤堵难题

FNE区块浅层地层属低压高渗类型的Zarap、Betinue層，层位地层以粉砂土和砾石为主，孔隙、裂缝发育较好。直接采用注水泥浆堵漏方法堵漏，多表现出吸收量大、漏速快、漏失严重等特点。采用单封、石棉绒、核桃壳等作为挤堵材料进行先期挤堵，该方法因堵漏剂对提高地层的抗破能力有限，造成水泥浆挤堵时稳不住压。而胶质堵漏剂是以物理封堵填塞孔喉裂缝和粘结弱胶结地层为主要工作原理。胶质堵漏材料堆积形成的封堵层，缺乏足够抗压强度，挤堵压力的影响下，始终处于交变受力状态，极易遭到破坏，也不能很好地解决这一挤堵难题。

1.2 研究思路

挤水泥时井底压力远大于地层抗破压力，压破炮眼处或靠近炮眼处地层，形成垂直和水平裂缝，使得水泥浆充填预计空间进一步增大。在水泥浆初凝前，水泥浆在发育较好的孔隙裂缝中运移过程没有很好的堵漏效果，这就要求挤堵使用的水泥浆在强度变化不大的情况下，能够具备堵塞运移孔道和较强触变性的特点。因此，研究适用于浅层漏失井的挤堵工艺应从以下方面入手。

（1）增强水泥浆的触变性，能在地层孔隙内迅速形成胶凝结构，并与地层有较强的吸附能力；

（2）增强松软地层的抗破能力，提高原始层理缝隙的抗压性，降低诱发裂缝的尺寸；

（3）能够在井壁内外形成良好的屏蔽层（水泥环屏蔽及堵漏材料屏蔽），以阻隔压力传递。

2 胶质复合堵漏水泥浆堵漏技术

2.1 胶质水泥浆作用机理

2.1.1 胶束聚合物的作用

胶束聚合物具有油溶和水溶两亲性，加入到水基流体中时，能够迅速大量吸附在地层细砂和砾石表面。当达到临界浓度时，聚合物在砂石表面发生缔合，形成疏水微区。疏水微区有一个疏水的内核，由聚合物的疏水基团构成，外层由聚合物的亲水链段包裹，形成空间网络结构，从而达到稳定状态。随着聚合物浓度的增加，在地层孔隙内形成不同尺寸的大量胶束，并且聚合物由链内缔合发展到链间缔合，从而在砂石表面形成封堵层。

2.1.2 水泥浆混合胶束聚合物XCD的作用

XCD易溶于水并能形成空间网状结构，聚合胶束能与水泥浆细微颗粒表面发生缔合，使水泥浆中的固相颗粒悬浮其中，形成具有良好的悬浮能力、固化性能的聚合水泥浆，当该泥浆进入漏失层后，由于其强的触变性使地层中的流动阻力迅速增加而阻止进一步漏失，进入漏失层的聚合水泥浆固化产生强度并形成水泥环屏蔽层（图1），大大减少压力向地层的传递，在间歇挤水泥的方式下，此类水泥环屏蔽层越积越厚，进而形成一个低渗透率和良好抗压强度的封堵带。聚合水泥浆具有稠化过渡时间短、失水少的特点，这对施工时间较长的间歇式挤水泥过程中防止中心管内水泥浆失重具有积极意义。

2.1.3 聚合水泥浆中添加堵漏剂NW-1的作用

聚合水泥浆中，聚合物与裂缝表面可呈多点接触，不易被流体冲走而保证了骨架搭桥的稳定性；当堵漏剂NW-1完成架桥后，聚合水泥浆作为填充材料封堵骨架材料所剩下的空间，同时聚合水泥浆可通过分子链与岩石表面进行物理吸附，使岩石表面形成一层聚合物薄膜，以阻止水分子的侵入，增强其封堵效果；以堵漏剂NW-1作为骨架材料，胶束聚合物XCD和水泥浆作为填充材料，通过上述三种成分的协同作用，形成具有物理化学堵漏功能的聚合堵漏水泥浆。在挤水泥施工中，反洗出后的水泥浆成絮状，触摸具有颗粒感（NW-1），说明即使在流速较大的流体冲击下，添加堵漏剂的聚合物水泥浆也能保持稳定的物理结构。

3 胶质复合水泥浆性能

3.1 水泥浆外加剂

为调整胶质复合水泥浆的流变参数，使其满足挤水泥施工时的安全要求，通过试验对比，确定出流动性和可泵性良好的胶质复合水泥浆体系，外加剂添加比例如下：

G级水泥+0.33% G C314+0.83%GC412+0.02% XCD +1% NW-1

通过试验证明，该配方下的胶质复合水泥浆具有流动性好、低渗透性、游离液低、稳定性高等突出特点。

通过实验可知，XCD加量对水泥浆流变性和水泥石强度影响较大，NW-1对水泥浆流变性影响不大，但是影响水泥石的强度，通过对凝固后水泥样品的观察，只添加NW-1的样品，断裂层面呈细微蜂窝状，强度低，易碎裂。

3.2 稠化特点

水泥浆在初凝前保持较小的稠度，作用在地层上的压力为全部浆柱压力。胶凝强度的增加，无平缓的变化阶段，而是在较短的时间内增加到90BC，过渡时间较短。

4 现场应用

通过对聚合堵漏水泥浆体系在FNE区块进行试验，其堵漏成功率为98.6%，堵漏一次成功率为90%。

5 认识和建议

聚合堵漏水泥浆具有触变性强、低渗透性、游离液低、过渡时间短、稳定性高等优点，能够胶结砂石，有效提高地层的承压能力，防漏、堵漏效果明显。

对于严重漏失井，应首先采用胶质复合堵漏材料（大颗粒）水泥浆进行先期堵漏作业，然后再采用聚合堵漏水泥浆体系进行堵漏效果更好。

因聚合堵漏水泥浆具有触变性强、过渡时间短的特点，建议采用间歇式挤水泥方法进行挤堵。

作者简介

刘涛，男，2007年毕业阿塞拜疆国立石油大学油气储运专业，2007年以来任固井工程处工程师。