CP-55在青西低密度固井中的研究与应用

马永星，杜　江，程国惺，祁文明，孙爱明

（西部钻探工程有限公司国际钻井公司，新疆乌鲁木齐830026）

CP-55在青西低密度固井中的研究与应用

马永星*，杜江，程国惺，祁文明，孙爱明

（西部钻探工程有限公司国际钻井公司，新疆乌鲁木齐830026）

玉门油田青西区块为提高井身的承压能力，实现产层的压裂改造，采用全井封固的油层固井方式。考虑地层承压、施工压差等因素，全封固需用低密度固井来实现。青西区块低密度固井采用普通漂珠作为减轻材料，普通漂珠作为低密水泥浆的减轻剂有加量高、水泥石强度低、浆体受压增稠、增密度等问题。经调研引入了高承压减轻材料CP-55，调配形成了青西CP-55低密度水泥浆体系，经过现场应用，彻底解决了以上问题。

低密度水泥浆；CP-55玻璃微珠；固井质量

1　固井减轻剂调研

1.1青西常用普通低密度水泥浆配方及性能分析

青西常用普通低密水泥浆密度1.4～1.5g/cm3，漂珠加量比例在20%～25%，由于漂珠比例大，浆体性能存在以下不足：普通空心漂珠承压能力弱，承压后破碎吸水，吸取浆体自由水，浆体密度、稠度增加、施工压力升高、井漏及安全风险增加。

1.2其他油田减轻材料应用情况

单纯靠增加漂珠的加量及提水灰比水灰比来降低水泥浆密度，不仅影响水泥石的强度，还严重影响水泥浆稳定变性，为施工安全及确保固井质量带来不利因素，因此优选减轻料是保证低密水泥固井质量的关键。

1.3CP-55在大庆油田应用

大庆油田已进入高含水后期开发阶段，20世纪末油田经历了水驱二次开采，已进入三次聚合物驱采油阶段，随着三次采油技术的工业化推广及三次井网加密，地下压力系统复杂，易漏。应用CP-55低密度水泥浆体系在该地区固井应用效果良好，其调配水泥浆体承压不增稠，在该区块应用对固井井漏的预防控制有明显效果。

CP-55配浆增压不增稠度、不增密度，初稠低，现场水泥混浆容易；加量低有利于水泥浆其他综合性能的提高；流变性好，有利于施工安全及候凝期间良好的液柱压力传递能力；强度高，减轻材料加量少，提高水泥灰的有效组分。

2　CP-55玻璃微珠室内评价

2.1减轻剂性能要求研究[2]

保持水泥浆低密度，无颗粒析出，无自由水沉降，直至固化是低密水泥浆稳定性控制技术的主要任务，不仅要控制水泥浆的受阻沉降，还要控制水泥浆固相颗粒的差异上浮或沉降，使之没有自由水，上下没有密度差。

减轻剂颗粒在水泥浆中上浮的速度V和使水泥浆粘滞减轻剂颗粒最小静切力与减轻剂密度直径的关系为：当浆体密度一定时，减轻剂颗粒直径越大，浆体与减轻剂颗粒的密度差越大，保持浆体所需稳定的切力越大，减轻剂颗粒上浮的速度越快，体系越不稳定；反之体系的粘度越大，减轻剂颗粒的直径越小，减轻剂颗粒与浆体的密度差越小，保持浆体稳定的切力越小，减轻剂颗粒下沉的速度越小，体系越稳定。

2.2CP-55减轻剂与普通漂珠比较

通过前期调研了解到CP-55剂为碳酸钠、二氧化硅、氧化钙煅烧产物，属于硅酸盐类产品加工的低密度超细材料，堆积密度最低可达0.254g/cm3，比重远小于现使用普通漂珠减轻剂0.8～0.9g/cm3，成品颗粒平均粒径69.87μm，小于现使用普通减轻剂漂珠平均粒径226.50μm。2种减轻材料粒径在尺寸上相差接近1个数量级，其中较小粒径的CP-55颗粒，具有更高的微观结构强度，可以更易被浆体的液相粘滞力及固相颗粒间静电引力束缚，从而提高了低密度浆体的耐压强度及上浮稳定性。

在干灰中CP-55和水泥可以形成颗粒静电吸附，可以和G级水泥形成比较理想的颗粒级配，水泥颗粒可以存在于CP-55颗粒的缝隙之间，从而降低水泥浆密度。由CP-55减轻剂具有的密度低、颗粒细的特点，遵循粒径越小强度越高的物理结构规律，使其调配的低密度水泥浆密度达到要求的同时，做到了浆体稳定性，其配浆比例小、且耐压强度高，可制备出密度更低的水泥浆体，密度可调范围大。

2.3CP-55减轻剂水泥浆配方调配

调试中我们仅用5%～10%的CP-55加量取代了加量为20%的漂珠，CP-55低密水泥浆体系综合性能良好。

2.3.1CP-55减轻剂调配水泥浆配方性能

应用CP-55调试青西低密度水泥浆配方：天G级+8%CP-55+30%砂+2%增韧剂+2%早强剂+2%膨胀剂+4%降失水剂+5%胶乳+0.2%缓凝剂+0.1%消泡剂，其基本性能见表1。

表1　CP-55减轻剂调配水泥浆性能

由以上数据可以看出，CP-55减轻剂调配的水泥浆相比普通漂珠水泥浆具有以下优点：

（1）同目标密度的水泥浆，CP-55加量仅为普通漂珠加量的40%。

（2）浆体初稠低，现场水泥浆混拌易操作，CP-55程惰性且无粘度效应，不影响水泥水化，稠化曲线稳定，增压条件下，浆体不增稠、不增密度。

（3）浆体稳定性好，上下无密度差，适用于大斜度井及定向井、水平井固井中，满足特殊井型对浆体稳定的要求。

（4）浆体养护流变性好，且增压养护浆体无增稠现象，有利于减小固井施工过程中循环压力，候凝期间液柱压力的有效传递。

（5）CP-55减轻剂使用后，减轻剂BWOC降低后，增加了水泥的有效组分，配合早强剂使用，明显提高了水泥石24h及48h强度。

2.3.2CP-55与漂珠加量与密度关系分析

表2　CP-55与普通漂珠加量对比

由表2可以看出：同目标密度下CP-55加量仅为普通漂珠1/3。

2.3.3CP-55低密水泥浆增压密度分析

表3　CP-55与普通漂珠调配水泥浆增压密度对比

从表3可以看出同密度要求下的水泥浆，CP-55低密水泥浆承压50MPa条件下密度不变，普通漂珠水泥密度平均增加0.1g/cm3，试验表明CP-55减轻材料具有较好的耐压能力。

3　CP-55减轻剂现场应用

青2-71井为青西区块窟窿山构造的一口开发井，该井设计为三层结构，三开采用尾管悬挂固井，于2014年9月23日采用Ø165mm的钻头三开，钻至井深4888m完钻，下入Ø127mm的尾管1628m至3259.66～ 4887.00m。固井施工时井底压力达65MPa，11月7日采用CP-55低密度减轻水泥浆固井，施工中无压力异常升高，且上塞循环至地面时，测量返出低密度水泥浆密度没有变化，候凝48h后经原浆测井固井质量优质。

3.1施工基本数据

（1）完钻日期：2014年11月1日；固井日期：2014年11月7日；

（2）固井方式：尾管悬挂；

（3）井身结构：

Ø375mm×1500.00m/Ø273mm×1499.00m；

Ø241mm×4300.00m/Ø193.7mm×4298.00m；

Ø 165mm ×4888m/Ø 127mm ×（3259.66～ 4887.00m）。

3.2固井准备情况

3.2.1水泥浆配方及主要性能

本井应用CP-55减轻材料调试配方：

天G级+8%CP-55+30%砂+2%增韧剂+2%早强剂+2%膨胀剂+4%降失水剂+5%胶乳+0.2%缓凝剂+ 0.1%消泡剂。

3.2.2钻井液性能

该井前期钻进过程中，为了满足携带要求，钻井液粘切偏高，固井前为了保护附件及悬挂器球座密封，稍减少了钻井液处理时间，调整钻井液性能至59s、密度1.15g/cm3、切力2/5。为了弥补冲洗及顶替效果，特配置轻浆及胶液。

3.3固井质量评价

测井显示，水泥浆设计返高3259m，实际返高3259m，合格率100%，优质段长1230m，优质率75.6%，整体评价为优质。

4　认识与建议

（1）低密度水泥浆的核心是减轻剂，选择承压能力高、密度低，颗粒适中的减轻剂以减少减轻剂比例，有利于调配出承压性好、强度高的低密度水泥浆。

（2）CP-55是一种承压性能优越于普通漂珠的减轻剂，适用于深井低密度固井、单级一次性上返全封固井、易漏失井固井等类型固井中。

[1]马春旭，段志伟，刘富芳，等.人造微珠低密度水泥浆的研究与应用[J].钻井液与完井液，2014,31（2）：62-63.

[2]刘德平，等.漂珠低密度水泥浆固井技术[J].天然气工业, 1996,17（3）:51-54.

TE25

B

1004-5716（2016）11-0094-03

2016-01-12

2016-01-18

马永星（1983-），男（汉族），黑龙江漠河人，工程师，现从事固井技术服务工作。