提高华北地区调整井固井质量水泥浆体系研究

尹 璇，吴晋波，李艳芳，向 荣

（渤海钻探工程有限公司第一固井分公司，河北任丘 062552）

提高华北地区调整井固井质量水泥浆体系研究

尹 璇，吴晋波，李艳芳，向 荣

（渤海钻探工程有限公司第一固井分公司，河北任丘 062552）

华北地区经过多年的注采，地下压力体系变得十分复杂，钻完井期间易发生油气水窜，对固井质量影响很大；水泥浆凝固时的体积收缩和水泥浆由液态向固态转化时的过渡时间长短也会增加发生油气水窜的风险。为此，优选了一种新型膨胀材料，研制出一种新型膨胀水泥浆体系，并对其膨胀效果，对稠化实验的影响以及与常用外加剂的配伍性等展开了研究。

固井；水泥浆；膨胀；防窜；稠化时间

1 调整井窜槽机理

水泥浆产生环空窜流的根本原因是由于水泥浆自身的胶凝特征而引起的，水泥浆在凝结过程中，环空液柱有效压力和水侵阻力之和大于地层流体压力时，地层流体就不会侵入环空发生窜流。固井侯凝过程中水泥浆处于失重状态，环空液柱压力不能再往下传递时，如果水泥基质防窜能力差，环空液柱压力加上水泥自身的内部阻力低于地层的压力，活跃的流体就会侵入到水泥环中，无法实现压稳；同时水泥浆凝结过程中还会发生体积收缩，也会影响水泥石与井壁和套管壁的胶结质量，从而引起层间互窜，难以实现层间的有效封隔，地层流体上窜，影响固井质量，有的甚至造成固井失败。

2 膨胀水泥浆体系室内实验

2.1 膨胀率实验

室内实验选用水泥浆配方：G级油井水泥+1.0%TW200s＋0.4%USZ，水泥浆密度1.87g/cm3，分别加入不同比例的膨胀剂，对水泥石的膨胀率进行评价。

随着膨胀剂加量的增加，水泥石的膨胀率在不断增大，当加量达到 2.0%～3.0%时，水泥石体积产生微膨胀，当加量达到 4%时，水泥石体积有增大趋势；考虑过度的膨胀量对套管和水泥环体的破坏，建议膨胀剂加量 2.0%～3.0%。

2.2 膨胀剂对水泥浆性能的影响

水泥浆稠化时间是保障固井作业安全的主要参数，SPN直接影响水泥浆的防窜性能，固井降失水剂、分散剂、缓凝剂等外加剂的加入量对水泥浆性能影响较大。实验选用2.1中水泥浆配方，分别加入不同比例的膨胀剂，对水泥浆综合性能进行评价。

式中，B为FL，mL；t100BC、t30BC为水泥浆稠度100BC和30 BC 的稠化时间，min。

膨胀剂的加入量对水泥浆的稠化时间、失水、析水影响很小，但是随着膨胀剂加入量的增加，水泥浆的防窜性增强。

2.3 膨胀剂对水泥石抗压强度的影响

固井水泥浆主要目的是封隔地层和承托套管，因此水泥浆必须达到一定的强度才能满足要求，也才能为后期作业提供保障。实验选用水泥浆配方：G级油井水泥+1.0%TW200s＋0.4%USZ+3%膨胀剂，1号样品中未加膨胀剂，室内对不同养护条件下的水泥石抗压强度进行了实验。

在常规水泥浆中加入这种新型膨胀剂基本不影响抗压强度，且该膨胀水泥浆的膨胀效果基本不受温度影响，随着压力升高，膨胀率有所下降，但在21MPa下仍能产生微膨胀，能够补偿水泥浆凝固时的体积收缩，有利于提高胶结强度。

3 实例应用

利用该新型膨胀水泥浆体系固井5井次，主要应用在油气层活跃的大斜度井，固井作业及侯凝期间均未发生气浸和窜槽现象，固井质量检测油层段封固质量优质。

3.1 岔20-67x井基础数据

岔20-67x井二开215.9mm钻头钻至井深3 489m，下入139.7mm套管至3 476.4m。该井最大井斜42.8°，水平位移1 123.09m，油气层顶界1 643.8m，油气层底界3 432.4m，固井水泥返至1 300m。岔河集区块的井，由于长期开采，地层压力失去平衡，井下复杂，造成钻井困难，井下易垮，经常电测遇阻，这就给固井造成了很大的难度。同时该区块属于低压高渗透地层，其油层分布较为集中，且层厚较长。由于使用注水井开采，水泥浆的失重，从而引起油气外侵，严重影响了固井质量，为了解决这个压稳问题在该井施工过程中采用四凝水泥浆体系，实现层层压稳，并在主要油层段使用膨胀剂，利用膨胀剂产生的气体弥补水泥浆候凝中引起的压力损失，解决了该区块固井质量不太理想的问题。

水泥浆配方如下：油井水泥G＋10%微硅+2.0%TW200s＋0.5%USZ＋2%膨胀剂+0.3%缓凝剂+0.3%消泡剂（w/c=0.44，90℃）水泥浆密度为1.85g/cm3，流动度为23cm，37MPa，78℃下养护24h后抗压强度为17.5MPa，水泥浆稠度达到40 Bc的时间为143min，失水量≥250mL。

现场注水泥：岔20-67x井注入8m3隔离液后，注水泥，水泥浆最高密度为1.87g/cm3，最低为1.83g/cm3，平均为1.85g/cm3；替浆为37m3，替浆压力为0～13MPa，碰压15MPa，敞压候凝48h。声幅测井固井质量为优。

4 结论

1）新型膨胀剂在较高温度和压力下仍能保证水泥产生微膨胀，补偿水泥凝固时的体积收缩，同时对抗压强度影响不大。

2）新型膨胀剂对水泥浆体系的流变形、稠化时间几乎没有影响，与常用的降失水剂和减阻剂有良好的配伍性。

3）新型膨胀剂的使用能提高调整井二界面的封固质量，直角稠化性能好，具有双重防气窜作用

[1] 孙凌，吕容平，蔡涛等.氮气膨胀剂的研究与应用[J].钻井液与完井液，2006，23（2）.

Study on Improving Cementing System of Cementing Quality in North China

Yin Xuan，Wu Jin-bo，Li Yan-fang，Xiang Rong

After many years of injection，mining and underground pressure system in North China has become very complicated.During the drilling and completion，oil and gas are channeling，which has great influence on the quality of cementing.The volume shrinkage and cement slurry of cement slurry are The transition time in solid state conversion also increases the risk of oil and gas channeling.In this paper，a new type of expansion material is selected，and a new type of expanded cement slurry system is developed，and its effect on the expansion effect，the influence on the thickening experiment and the compatibility with the conventional admixture are studied.

cementing；cement slurry；expansion；anti-channeling；thickening time

TE256

A

1003–6490（2017）10–0238–01

2017–07–05

尹璇（1973—），女，天津人，工程师，主要从事固井水泥浆化验工作。