胶乳水泥浆的室内研究及应用

冯丽成 石晓莉 王丽垣 任春宇

摘 要：为了解决固井候凝过程中油气、水窜、固井施工过程中漏失、小井眼固井质量不理想、水泥浆体系的抗高温性能等给固井带来的影响，通过对现有胶乳添加剂的改善和优选，开发出一种新型胶乳水泥浆体系。

关键词：小井眼井;固井;胶乳水泥浆;胶结强度

油田各区块小井眼固井质量不理想，尤其是小井眼侧钻井固井质量不理想、返高不够等问题。通过调研发现，国内各油田运用胶乳水泥浆体系固井技术比较成功的解决了固井候凝过程中油气、水窜、固井施工过程中漏失、小井眼固井固井质量不理想、水泥浆体系的抗高温性能等给固井带来的影响。要提高油田在固井过程中遇到的实际问题，势在必行地就要开展新型固井水泥浆工艺技术研究。

1 作用机理

胶乳与水泥混和形成水泥浆时，聚合物胶乳颗粒均匀地分散于水泥浆中。水泥水化产生的水化物与饱和Ca（OH）2在水化硅酸盐表面发生反应，形成一层硅酸钙涂层。聚合物胶乳颗粒将在水泥凝胶体，未水化的水泥颗粒混合物表面形成一层连续的单元封闭式的聚合物胶乳颗粒涂层，并与硅酸盐混合物涂层表面相粘接。聚合物胶乳颗粒从水中分离出来，在水泥水化物表面形成一层连续薄膜。这层薄膜将水泥水化物的单元网络结构相互“铰”结，牢固地粘结成为一个坚固的整体。这些聚合物丝状膜层横跨水泥浆硬化体的缺陷和微裂缝，穿梭连接，既分散了水泥浆的应力集中，又增加了变形性，从而提高了聚合物胶乳水泥石的抗裂、抗渗、耐酸碱及耐腐蚀等性能。

2 室内研究

2.1 技术指标

①水泥及其他外加剂有很好的相容性;②流变性能良好：n≧0.3，K≦3.0Pa.sn;③失水量≦50mL;④稠化时间可调，稠化曲线不鼓包，无台阶;⑤水泥石48H抗压强度≧13.8MPa。

2.2 胶乳水泥浆外加剂的优选

2.2.1 乳化剂、表面活性剂优选

目前，国内应用比较成熟的稳定胶乳，和胶乳乳液复合形成BCT-800L胶乳外加剂是国内油田应用的首选。

2.2.2 降失水剂的选择

各种水泥浆体系都需要降失水剂来降低失水，胶乳水泥浆体系所用的降失水剂要与胶乳体系中的其他外加剂配伍，并且能很好的控制失水。BXF-200L降失水剂在胶乳水泥浆体系中配伍性好。

2.2.3 消泡剂的优选

由于胶乳乳化剂的起泡特点和其他水泥浆体系的起泡特点不同，这就需要在应用胶乳水泥浆体系的时候采用适宜的消泡剂。这种消泡剂要和胶乳体系相容，对胶乳水泥浆体系具有较强的抑泡和消泡效果，以保证胶乳水泥浆配浆的正常进行。

2.2.4 缓凝剂的优选

不同温度下胶乳水泥浆所需要的凝固时间差异较大。低温时，胶乳水泥浆凝固时间相对较长，但在温度较高时就需要添加缓凝剂来调节施工作业所需要的凝固时间。在中温和高温情况下可采用BXR-200L缓凝剂和BXR-300L高温缓凝剂来调整水泥浆的稠化时间。

2.3 配方优选

2.3.1 胶乳外加剂BCT-800L加量的优选

①随着胶乳外加剂加量BCT-800L的加量的增加，水泥浆的稠化时间缩短;②胶乳外加剂加量BCT-800L对水泥浆的流变性能影响较大，随着胶乳外加剂加量BCT-800L的加量的增加，水泥浆初始稠度越来越大，水泥浆的降失水性能越来越好;③随着胶乳外加剂加量BCT-800L的加量的增加，水泥浆的强度变大;④可以优选出在常规胶乳水泥浆中最合适的胶乳外加剂BCT-800L加量为2-3%。

2.3.2 缓凝剂加量的确定

①随着缓凝剂加量的增加，水泥浆的稠化时间延长;②缓凝剂加量的增加对水泥浆的失水影响不大;③随着加量的增加，水泥漿的24hr胶结强度变低;④在常规胶乳水泥浆中缓凝剂的加量，可以根据现场施工不同实际的需要进行调整。

2.3.3 水泥浆配方优选

通过室内实验，优选出常规胶乳水泥浆体系配方为：

天山G中+2%WG+3%BCT-800L+3%BXF-200L+HBF- 818+38%水。

3 现场应用情况

通过以上技术的运用后，共计施工23口井，使用效果明显，固井一次合格率100%，优质率73.9%。

4 总结与认识

①胶乳水泥浆实验结果表明胶乳水泥浆体系具有优良的浆体稳定性、防气窜性能，对地层气窜、水窜具有很好的预防效果;能控制失水量小于100mL，防止环空窜流;②胶乳水泥石的渗透率低，弹性及抗托强度岛，抗冲击能力强;③现场应用情况显示胶乳水泥综合性能优良，在小井眼井、套管开窗侧钻井的固井作业中值得推广;④胶乳水泥能较好地改善水泥环与套管、水泥环与地层之问的胶结性能;能有效提高水平井水泥环胶结质量，提高固井质量;⑤胶乳水泥浆系列外加剂为液体，固井施工时需要现场配置，这就使得固井综合费用比普通水泥浆体系提高了60%。

参考文献：

[1]徐鑫，彭志刚，李文才，等.胜利油田水平升井新技术[J].钻井液与完井液，2009，26（6）：37-39.

[2]姜宏图，肖志兴，鲁胜，等.丁苯胶乳水泥浆体系研究及应用[J].钻井液与完井液，2004，21（1）：32-35.

作者简介：

任嘉伟（1983- ），工程师，2004年毕业于重庆石油高等专科学校，现在西部钻探吐哈钻井公司从事现场固井工程工作。