微膨胀防窜型水泥浆体系在岐122-11 井中的应用

2015-12-24于倩倩郝华中付家文孙勤亮刘文明商晓阳

石油化工应用 2015年10期

齐奔，于倩倩，郝华中，付家文，孙勤亮，刘文明，商晓阳，杜滨

（渤海钻探第二固井公司，天津 300280）

该井的施工难点为：（1）本次固井井深超过4 500 m，为深井作业，井底温度难以判定；（2）固井封固段长达2 372.00 m，施工过程中存在漏失风险；（3）泥浆密度1.65 g/cm3，后效14 m/h，候凝期间不易压稳；（4）油层封固段长对速凝浆要求高，缓凝浆、速凝浆上下温差较大，对水泥浆性能、特别是缓凝剂的性能提出了较高的要求。

使用的对策：（1）为保证固井质量，满足甲方开采需要，本井使用三凝水泥浆体系；（2）本井井底温度较高，为了防止施工过程及候凝期间浮箍失效问题，本井使用双浮箍；（3）为更好压稳油气层及冲洗井壁，本井使用密度为1.85 g/cm3加重隔离液37.50 m3，并水泥浆、泥浆污染实验；（4）套管到底后，先用小排量顶通后，再用大排量（2.1 m3/min～2.2 m3/min）循环洗井，调整泥浆性能，并保证进出口密度一致；（5）采用三凝水泥浆体系，控制水泥浆稠化时间，拉开缓速凝浆稠化时间，有效压稳油气层；（6）浮箍以上每两根下一支弹性单弓扶正器，共下136 只保证套管居中度；（7）为了有效清洗井壁，本井冲洗液设计200 m，为了压稳上层油气层，本井加重隔离液设计1 500 m。

1 微膨胀防窜型水泥浆体系的室内试验

1.1 外加剂的优选

（1）防窜型抗盐降失水剂G33S：是一种白色流动的粉末，抗温性能：30 ℃～200 ℃，抗盐性能：淡水直至饱和盐水，具有良好的降失水效果，并且能够改善水泥浆流动性能，对强度无不良影响，水泥浆稠化过渡时间短，接近直角稠化，有效防止了防气窜的发生，适应水泥性能好,和其他外加剂配伍性好，水泥稳定性好，游离液接近于零。

（2）油井水泥膨胀剂G401：主要依靠水泥水化产物晶体膨胀，能补偿因水泥浆（石）收缩，并产生体积微膨胀，有利于防窜，压缩水泥石孔隙并改善孔分布，达到提高强度和降低渗透率的目的，在受限状态下产品预应力，提高水泥环的胶结强度，有利于防止水泥石及套管的腐蚀，控制环流。与其它外加剂配伍性好，不影响水泥浆的其它性能，有较宽的温度适用范围（25 ℃～150 ℃）和良好的抗盐性能。

（3）高分子聚合物缓凝剂GH-9：是双羧酸基团和磺酸盐基团与铝酸三钙和硅酸三钙反应，通过吸附、螯合、分散和润湿等作用，在水泥水化初期通过扩散双电层分散水泥颗粒，在水泥颗粒表面与钙离子形成溶剂化膜，优先吸附于铝酸三钙减缓了水化作用，表现了很强的缓凝作用，而对硅酸三钙则表现出较弱的吸附性能，从而也保证了后期水泥强度的发育。在中深井中、深井中使用，能有效延长稠化时间，增加可泵时间，可配制出直角稠化水泥浆体系。

1.2 水泥浆体系的优选

该井使用的水泥浆体系为G33S+G401+GH-9 所组成的微膨胀直角稠化防气窜水泥浆体系。该水泥浆体系在稠化的过程中直角稠化，可以起到防气窜的作用，而且水泥浆中加入G401 晶格膨胀剂，防止水泥在凝固的过程中收缩，进一步的防止了气窜的发生。然而，另一方面，由于封固段较长，浆体的上下温度差较大，所以笔者做了在不同温度段下的稠化曲线以及缓凝剂加量在不同温度下的稠化时间图。考察了在90 ℃～130 °C 下加入一定量的缓凝剂GH-9，其稠化曲线（见图1）。

从图1 中可以看出，水泥浆在不同温度段的稠化曲线均为直角稠化，而且随着温度的升高，稠化时间逐渐缩短，几乎呈现线性关系，这说明缓凝剂对温度不敏感，符合大温差井固井的要求。为了进一步的考察水泥浆的性能，笔者还考察了水泥浆的综合性能，结果（见表1）。

表1 考察了常规密度胶乳水泥浆的流变性、流动度、自由水以及密度差等性能。从表1 中可以看出，胶乳水泥浆的综合性能良好，水泥浆的自由析水小于0.2 %，密度差均小于0.02 g·cm-3，这说明浆体具有良好的稳定性，满足固井要求；水泥浆的流动度均大于20 cm，具有良好的流动性。而且水泥石在24 h 常压养护后，抗压强度均大于14 MPa，满足施工要求。

表1 水泥浆的综合性能

图1 微膨胀防窜水泥浆在不同温度下的稠化曲线

2 固井现场试验

由于该井井深4 872 m，封固段长达2 372 m，在施工设计的过程中使用三凝水泥浆体系，可以拉开速缓凝浆稠化时间，有效的压稳油气层（见表2），为实际施工中所使用的水泥浆量，以及返深要求。

表2 水泥浆实际用量和密度要求

2.1 水泥浆稠化实验

稠化曲线配方：缓凝浆：华银G 级100 g+硅粉30%+微硅5 g+G401 2.2 g+G33S 2.5 g+GF-1 0.3 g+GH-9 1.5 g；中间浆：华银G 级100 g+硅粉30 %+微硅5 g +G401 2.2 g+G33S 2.5 g+GF-1 0.3 g+GH-9 1.0 g；速凝浆：华银G 级100 g+硅粉30 %+微硅5 g+G401 2.2 g+G33S 2.5 g+GF-1 0.3 g+GH-9 0.5 g；稠化曲线（见图2）。水泥浆的综合性能（见表3）。从表3 中可以看出，水泥浆的各项性能优异。

2.2 具体施工措施

2014 年7 月18 日16：00 开始下套至19 日20：00下完。19 日20：30 至20 日7：30 循环泥浆，排量1.8 m3/min～2.0 m3/min。施工前试压20 MPa。8：00～8：22 注前置液，加重隔离液38.4 m3，排量1.8 m3/min～2.0 m3/min，冲洗液5 m3，排量0.8 m3/min～1.0 m3/min。8：24～9：40 注水泥浆缓凝浆30.5 m3，最大密度1.90 g/cm3，最小密度1.84 g/cm3，平均密度1.87 g/cm3；中间浆16.2 m3，最大密度1.90 g/cm3，最小密度1.86 g/cm3，平均密度1.88 g/cm3，速凝浆14.7 m3，最大密度1.91 g/cm3，最小密度1.87 g/cm3，平均密度1.89 g/cm3，排量0.8 m3/min～1.0 m3/min。9：42～10：36 用水泥车压入压塞液2 m3，排量0.4 m3/min～0.6 m3/min，并用泥浆泵替泥浆50 m3，排量1.7 m3/min～1.9 m3/min，用水泥车替清水4.4 m3，排量0.4 m3/min～0.6 m3/min，碰压18.0 MPa。环空加压5 MPa。