玛西斜坡区高压油气藏防窜水泥浆体系研究*

刘荆成，曹光福，张　浩，刘佩煊，辛小亮，郑以华

（1.长江大学 石油工程学院，武汉 湖北 430100；2.新疆油田勘探 事业部，克拉玛依 新疆 834000）

油田化学

玛西斜坡区高压油气藏防窜水泥浆体系研究*

刘荆成1，曹光福2，张浩2，刘佩煊2，辛小亮2，郑以华2

（1.长江大学 石油工程学院，武汉 湖北 430100；2.新疆油田勘探 事业部，克拉玛依 新疆 834000）

玛西斜坡区属于高压油气藏，油气水活跃，易发生固井窜漏，固井质量差。本文综合分析研究了玛西斜坡区的固井情况，发现水泥浆的性能严重的影响了固井质量。通过开展早强剂、膨胀剂、分散剂、降失水剂等多种水泥浆外加剂的实验评价研究，优化形成了适合于玛西斜坡区高压油气藏固井的胶乳防窜水泥浆体系。优化后的防窜水泥浆体系经现场试用表明，固井质量提升明显，研究成果可在开发钻井中推广应用，具有广阔的应用前景。

玛西斜坡区；水泥浆外加剂；胶乳防窜水泥浆体系

自上世纪初，波特兰水泥第一次用于油井封隔以来，油井水泥已有极大发展，由于油井水泥要求在温度、压力变化范围很大条件下使用，API标准共将其分为A、B、C、D、E、F、G、H和J共9个级别，我国亦按照上述标准，可分为普通型（O）、中抗硫酸盐型（MSR）和高抗硫酸盐型（HSR）3类。玛西斜坡区位于准噶尔盆地西北缘，主要目的层为三叠系百口泉组，孔隙度为6.2%～16.4%，平均为8.4%，渗透率变化范围在0.02～694mD，平均为0.63mD，平均地层压力系数1.67，属于低孔、低渗高压油气层，油气水活跃，根据该区2014年已完钻四口探井资料表明，该区采用G级中抗硫酸盐型常规固井水泥浆体系，固井质量较差，固井合格率仅有25%，综合M-18井、AH-1井两口探井情况分析，固井质量差主要诱因主要有两个方面：注水泥过程中，压力不平衡或水泥浆在侯凝过程中的失重；水泥浆在水化过程中的水化收缩导致水泥浆的体积不断缩小。因此，在该地区开展防窜水泥浆体系的优选优配研究具有重要意义。

1　目的层段防窜水泥浆体系研究

1.1早强剂的评价及优选

水泥浆密度低，势必需要大量的减轻剂和拌合水来降低密度，浆体密度越低，所需减轻剂和拌合水量越大，使水泥石抗压强度降低；井底温度低也会导致水泥石早期强度发挥缓慢，因此，应优选低温下性能优良的早强剂提高体系的早期强度。选用了常用的几种低温早强剂SW-1A、ZQ-1、SWT和CS-2进行对比实验。结果可知，加入早强剂SW-1A，水泥石早期强度发挥快，有助于防气窜，阻止地层流体的侵入。

1.4降失水剂的评价及优选

1.2膨胀剂的评价及优选

通过综合比较3种降失水剂ST300C、ST900L、胶乳，发现以上3种均在中温环境下降失水效果较好，在高温下ST900L和胶乳表现出良好的控失水能力，可根据具体井的条件选择相应的降失水剂。

膨胀剂的加入使水泥浆在净膨胀率、自由水、胶结强度方面优于原浆。水泥石体积增大会增加水泥环与界面的胶结强度，增大壁面抗水压渗透能力，阻止流体在环空中窜移。因此，从膨胀率、控制自由水及保持胶结强度等方面综合考虑，SUP及D174具有更好的效果。

2　优化后的水泥浆配方及性能

2.1优化后的水泥浆体系

1.3分散剂的评价及优选

分散剂的加入可以削弱和拆散水泥颗粒之间的成团连接，释放自由水，改变水化产物性状，降低内摩擦阻力，破坏胶凝，降低塑性粘度。它可以提高水泥浆的可泵性，降低一定流速下的泵压，实现低排量下的紊流，提高对钻井液的顶替效率和固井质量，在不破坏水泥浆流变性的条件下，减少水的用量，配出较高密度的水泥浆，还可使稠化曲线趋于直角，提高水泥石强度和抗渗透能力。

分散剂TX与SXY-2与水泥浆有很好的配伍性，考虑到SXY-2价格便宜，性能稳定，具有抗高温的能力，建议选择SXY-2。

通过室内评价实验，形成了SW-1A早强剂、SUP膨胀剂、ST900L降失水剂、KQ-C防气窜剂及ST800L胶乳外加剂为主的防窜水泥浆体系配方：

G级+3%WG+3%SUP+2%JB-1+3% SW-1A+2%KQ-C+4%ST900L+8%ST800L+.8% SXY-2+0.6%ST200R+0.5%ST500L+0.5% DL-500+44%H2O

2.2水泥浆静胶凝强度评价

泥浆体系静胶凝强度发挥时间越短，体系防气窜性能越好。这是因为固井过程中，水泥浆在环空顶替到位后，环空气窜多发生在静胶凝强度为48～240Pa的区间内，在该区间内，静胶凝强度发展所用时间越短，气窜发生的几率就越少。图1可见，水泥浆体系过渡时间短，有很好的防窜效果。

图1　1.90g·cm-3水泥浆静胶凝Fig.1　1.9g·cm-3water mud static gelling

2.3水泥浆稠化过渡时间分析

水泥浆稠度从40Bc发展到100Bc所经过的时间为稠化过渡时间。稠化过渡时间越短，体系防窜能力越强。由实验可知，该水泥浆体系稠化过渡时间小于10min。

2.4防窜水泥浆综合配方性能（见表1）

表1　防窜水泥浆配方性能Tab.1　Channeling cement slurry formulation prevention performance

3　防窜水泥浆体系现场应用

AH-013井是玛西斜坡区的一口高压油气井。该井为M-18井区三叠系百口泉组油藏的一口评价探井，实钻井深3876m，水泥浆平均密度1.90g· cm-3，Φ139.7mm油层套管下入深度3874.01m，采用G级水泥浆体系单级有控固井工艺固井，替密度为1.48g·cm-3的钻井液44.4m-3，碰压4.00↑9.00MPa，水泥预返2100.00m。侯凝48h后测固井质量优质。

4　结论

结合现有外加剂的特点，通过大量试验研究，优选及复配出满足高压油气藏固井的水泥外加剂。体系拥有较好的防气窜性能（SPN值＜6），且24小时强度＞14MPa，能够满足水泥浆防窜要求，并满足压裂对水泥石的需求；降失水剂（ST900L）及防窜剂（KQ-C）的复配，解决了水泥浆在候凝过程中失重易发生气窜及连接强度低的技术难题；膨胀剂（SUP）及缓凝剂（ST200R）的复配，提高了水泥浆体系触变性，抑制体系在候凝过程中的气窜；降失水剂（ST900L）及胶乳（ST800L）的复配，提高了水泥浆防窜能力；早强剂（SW-1A）能加快水泥石早期强度的发挥，起到很好的防窜效果。

［1］《钻井手册（甲方）》编写组.钻井手册（甲方）［M］.北京：石油工业出版社，1990.

［2］《固井手册》编写组.固井手册［M］.北京：石油工业出版社，1990.

［3］ 巢贵业，等.大牛地气田固井防窜水泥浆体系研究与应用［J］.钻采工艺，2006，29（2）：94-96.

［4］ 刘荆成，张伟，徐新纽，等.霍101井超高密度水泥浆固井技术应用［J］.长江大学学报（自科版），2015，12（32）：43-46.

Marcy slope zone of high pressure gas reservoirs anti channeling cement slurry system research*

LIU Jing-cheng1，CAO Guang-fu2，ZHANG Hao2，LIU Pei-xuan2，XIN Xiao-liang2，ZHENG Yi-hua2
（1.Petroleum Engineering College of Yangtze University，Wuhan 430100，China；2.Exploration Division of Xinjiang Oilfield，Caramay 834000，China）

Marcy slope area is high pressure gas reservoirs，oil and gas water was active and prone to cementing blow-by and cementing quality is poor.The slope Marcy was analyzed，and found that the cementing quality was affected serious by performance of slurry.The latex preventable cement slurry system for slope Marcy was optimized by research early strength agent，sweller，dispersant and fluid loss.The field experiment for optimized system showed that the cementing quality improved obviously，the research results can be applied in the development of drilling，and has broad application prospects.

marcy slope area；the slurry additive；latex anti channeling cement slurry system

TE256+.7

A

2016-08-15

中石油股份公司（乌夏地区钻井提速配套技术研究与应用2011XZQ-B-0002，2011）

刘荆成（1992-），男，汉，湖北荆州人，长江大学石油工程学院在读研究生，主要从事钻完井工艺研究。

导师简介：王越之（1964-），男，汉，长江大学石油工程学院教授，博士生导师，湖北省跨世纪学术骨干，主要从事的研究领域是钻井工艺技术、深部地层岩石力学。