非渗透防窜固井水泥浆体系的研究

摘 要：随着大港油田开发的不断深入，部分区块局部注采不平衡、套管断裂造成层间、层内压力差异突出，形成了多套压力层系，固井质量难以保证，这使得对水泥浆防窜性能要求越来越高，本文应用颗粒级配原理和紧密堆积理论，开发出了一套适合于多压力体系复杂井固井的非渗透微膨胀防窜常规密度水泥浆体系，解决多套压力层系固井技术防窜难题。

关键词：非渗透；防窜；水泥浆；多套压力层系

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.097

大港油田普遍采用加密井网与注水开发等方式来达到稳产和增产的目的，由于不能采用分片停注卸压的方法，仅能采取调整加密井网布井的办法。这样施工井与注采井之间距离较近，因而造成注采紊乱，地层连通性强的客观现状。同时，由于大港油田储层断块的特征显著、地层不均质和断层遮挡等多种地质构造，再加上岩性复杂、局部注采不平衡、套管断裂等原因，造成层间、层内压力差异突出，形成了多套压力层系，即在一个井筒内形成高低压并存的格局。主要表现在钻井和固井中油、气、水窜及漏失现象突出，尤其是严重影响了固井层间封固质量[1-2]。需要开展多压力体系复杂井固井防窜水泥浆体系研究，解决多套压力层系固井技术防窜难题。

1 水泥浆体系的设计思路

（1）应具有提高地层的承压能力，防止固井顶替过程中发生水泥浆漏失；

（2）浆体稳定性与流变性好，紊流顶替临界排量低，有利于提高顶替效率；

（3）稠化和静胶凝强度过渡时间短，能有效地防止固井后水泥浆静止候凝失重期间发生油气水窜；

（4）控制水泥浆API失水≤50ml，析水≤0.2%，抗压强度≥14MPa。

（5）改善水泥石与套管和地层之间的胶结能力，提高固井声幅质量和油气井的正常生产寿命。

（6）水泥石具有一定的弹塑性，以改善其抗冲击破碎的能力，减小后续作业对水泥环封隔性能的影响。

2 水泥浆体系综合性能研究

2.1 多压力固井非渗透防窜常规与低密度水泥浆配方及性能

为了多压力复杂井和大位移大斜度及水平井等特殊工艺固井的要求，经室内大量试验研究，优选出了一套微膨胀、低失水（≤50ml）、零析水、高早期强度、高抗压强度以及水泥石致密性高、抗窜性能力强和浆体稳定性与流变性良好的水泥浆体系。即采用以非渗透固体或液体降失水剂和晶格膨胀剂为主体，在根据颗粒级配紧密堆积原理，合理进行粒度匹配。试验所选用超细颗粒微硅和早强剂可进一步降低水泥浆API失水、达到零析水、提高其沉降稳定性和水泥石早期强度以及抗压强度、增强其水泥石致密性和水泥浆的抗窜能力。晶格膨胀材料的加入避免了水泥石的体积收缩，并产生适量的体积膨胀，提高了水泥环封隔地层的能力，改善了一、二界面水泥胶结封固质量，实现了多压力复杂井和大位移大斜度及水平井等特殊工艺固井对水泥浆低失水（≤50ml）、零析水、高沉降稳定性以及水泥石体积不收缩基本要求。

2.2 多压力体系固井非渗透防窜水泥浆体系综合性能评价

（1）选用的非渗透固体或液体降失水剂是依靠高分子聚合物在水泥浆中的可控“聚集”、“交联”反应，不但在井壁上形成一种致密、坚韧、很薄的弹性保护膜（7MPa压差下，气体难以通过此膜），而且在水泥浆内部可形成高分子网架结构，更增大了气窜阻力，因此，在水泥浆水化强度不断发展的同时，在环空水泥柱中产生附加阻力，使水泥浆的总阻力始终大于水泥浆不断失重引起的地层与环空压力差。因此，可有效地降低水泥浆的API失水（≤50ml）和析水（≤0.2%），提高了地层的承压能力，防止固井注替过程中水泥浆的漏失，保护了油气层，防止油气水窜槽，从而满足了多压力复杂井固井的要求。另外非渗透液体降失水剂其有效成分分布均匀，水泥浆浆体流动度好（≥24cm），无增稠现象，具有良好的抗盐性能（在18%NaCl水泥浆中仍有效）。

（2）该套水泥浆体系通过加入晶格膨胀剂以及超细颗粒微硅和增强剂，从而进一步地降低了水泥浆API失水和析水，即水泥浆API失水可控制在40ml以下，析水为0，避免了大斜度井段和水平井段水泥浆高边析水而形成的油、气、水通道所引起的油、气、水窜；同时进一步提高了水泥浆的沉降稳定性和防窜能力，增强了水泥石的致密性，避免了水泥石的体积收缩并产生微膨胀——线性膨胀率0.19-0.62%，提高了水泥石与套管和地层之间的胶结能力以及水泥环的韧性和抗冲击破碎能力，减小了后续作业对水泥环封隔性能的影响。其24h抗压强度均>14MPa标准要求，大部分均在20-30Mpa之间。另外，由于其水泥浆体系具有微膨胀性能，因而其膨胀时，能够通过挤压井壁虚泥饼和大斜度井段及水平井段井眼底边固相沉积物而增强水泥石与地层的胶结力，避免大斜度井段和水平井段井眼底边存在固相沉积物而形成的油、气、水通道所引起的油、气、水窜。

（3）该套水泥浆体系具有很好的流变性，n值>0.8。与其它常规密度水泥浆体系相比，其流型指数、稠度系数及屈服值等流变参数都有较大的改善，易于达到低速紊流顶替，降低环空流动摩阻，有利于防止环空动态液柱压力过高引起的井漏，对提高顶替效率較为有利。

（4）该套水泥浆体系不但稠化时间任意可调，而且稠化过渡时间短，防窜能力强。浆体稠度从30Bc到100Bc稠化过渡时间一般在7-12min以内，近似“直角”稠化，并且防窜阻力系数A值较小，防窜能力强。

（5）由于多压力固井非渗透防窜水泥浆体系添加了超细颗粒——微硅和增强剂（也叫增塑剂），使水泥石的致密性得到进一步的提高，改善了水泥石与套管和地层之间的胶结强度，同时提高了水泥环的韧性和抗冲击破碎的能力。

3 结论

研究形成的非渗透防窜固井水泥浆体系改善了水泥石与套管和地层之间的胶结能力、稠化和静胶凝强度过渡时间短、防窜能力强，能满足多套压力层系固井对防窜的要求。

参考文献：

[1]赵艳，周仕明.新型防窜水泥浆体系的研究与应用[J].钻井液与完井液，2001，18（06）：27-30.

[2]朱哲，马海忠，陈兴中等.低成本防窜水泥浆体系固井技术[J].钻井液与完井液，2003，20（05）：15-18.

作者简介：刘天恩（1984-），男，工程师，从事钻井工程相关工作。endprint