低密高强水泥浆体系增强剂的优选及应用

张强(中海油田服务股份有限公司，广东 深圳 518000)

0 引言

常规低密高强水泥浆体系可以有效降低固井过程井内ECD，解决固井漏失问题，但究其强度普遍偏低，电测固井质量较差，难以满足射孔开采要求。为提高当前低密度水泥浆体系强度，对其增加剂进行优选，引入深水水合物低水化热增强剂BT5，构建强度更高的低密高强水泥浆体系。

1 低密高强水泥浆体系增强剂的构建

1.1 构建原理

低密高强水泥浆是在漂珠低密度水泥浆中加入增强剂配制而成的。增强剂由具有较低密度、合理颗粒分布、富含硅质的胶凝材料组成。其增强机理如下：

(1)基于紧密堆积理论和颗粒级配原理，漂珠和水泥的粒径不同，增强剂充填颗粒之间。

(2)水硬性材料使水泥中活性材料充分发生水化反应。

(3)活性材料与水泥中碱性物质发生反应，提高水泥石的综合性能。

1.2 增强剂BT5主要成分及增强机理

增强剂BT-5主要由矿渣(slag)、粉煤灰(FA)和火山灰材料M和N组成。

将矿渣、粉煤灰和火山灰材料M和N按照一定的比例同时加入水泥，通过实验对比得出：由四种胶凝材料配制的水泥浆的流变性好、强度高。

与室内常用的增强剂的性能对比发现： BT-5对水泥石强度作用优于现用的增强剂BT-1和BM，实验对比数据见表1。

1.3 增强剂BT5加量优选

如表2所示，通过实验，对比了10%、15%、20%增强剂BT5加量下漂珠低密度水泥浆体系24h强度，结果显示：10%、15%、20%加量的增强剂BT5漂珠低密度水泥浆体系24h强度相差不大，以15%的加量强度最佳，且温度超过40℃时，水泥石24h抗压强度均超过14MPa。

表2 1.5g/cm3水泥浆不同BT5加量下的抗压强度

1.4 体系漂珠加量优选

如表3所示，通过实验，对比了13%、14%和15%的漂珠P62加量下低密度水泥浆体系24h强度，结果显示： 在25℃和40℃温度条件下，水泥石抗压强度相差不大。

表3 不同P62加量下的抗压强度(MPa/24h)对比

通过对增强剂种类、加量以及漂珠加量的对比优选，得出：基于增强剂BT5的水泥石强度比常规增强剂强度高，且15%加量的BT5和13%～15%加量的漂珠构建的低密高强水泥浆体系强度较大。

2 体系性能评价

2.1 体系常规性能评价

通过加入其他常用添加剂，从表4可看出，该水泥浆体系流变良好，无自由水，滤失量均低于50mL/30min/7MPa，24h抗压强度较大。

2.2 体系强度评价

从表5可以看出：温度超过40℃时，该体系水泥石24h抗压强度均可超过14MPa，最高可达到24.8MPa。

表4 流变性能对比

表5 体系强度对比

同时和漂珠粉煤灰体系、常规漂珠体系进行强度对比，该体系强度均比其他体系大。

2.3 体系稠化性能评价

如图1所示，通过做57℃不同缓凝剂加量下该体系的稠化时间，得出该体系在57℃下稠化时间与缓凝剂加量呈线性关系，即该体系稠化时间线性可调。

图1 缓凝剂加量与稠化时间曲线

综上所述：基于增强剂BT5的低密高强水泥浆体系流变性能好，无自由水，失水可控，稠化时间在15℃至90℃线性可调，24h抗压强度较大。温度超过40℃时，该体系水泥石24h抗压强度均可超过14MPa，可高达24.8MPa，高于其他常规低密高强水泥浆体系。满足射孔固井对油层封固的水泥浆性能要求。

3 现场应用

该体系在南海东部三口井进行了应用：常温下的探1井，中温下的生产2井、中高温下的生产3井，井资料见表6。

表6 应用井资料

该体系在三口井应用表明，该体系在常温、中温、中高温井段浆体稳定、流变好，稠化时间可调，强度较大，防窜性能好，尤其在中温和中高温井段，其24h强度远远大于封固油层要求的14MPa，具备封固油层能力。三次固井均未发生漏失，尤其生产3井，采用射孔开采，未见异常出水情况。该体系在三口井中的应用情况见表7。

表7 应用井固井资料

现场应用表明：使用基于BT5的低密高强水泥浆体系在南海东部常温、中温、中高温固井应用3次，1.5g/cm3密度和良好的水泥浆流变性能有效降低固井时井内ECD，防止漏失发生，且浆体稳定、流变性好，稠化时间可调，抗压强度高，防窜性能好，具备封固油层能力，可满足易漏地层封固油层的作业要求。

4 结语

通过以上实验研究和现场实践，可以得出以下结论：

(1)基于增强剂BT5的水泥石强度比常规增强剂强度高，且15%加量的BT5和13%～15%加量的漂珠构建的低密高强水泥浆体系强度较大。

(2)基于增强剂BT5的低密高强水泥浆体系流变性能好，无自由水，失水可控，防窜性能好，稠化时间在15℃至90℃线性可调，24h抗压强度较大。温度超过40℃时，该体系水泥石24h抗压强度均可超过14MPa，可达24.8MPa，高于常规低密高强水泥浆体系。满足射孔固井对油层封固的水泥浆性能要求。

(3)1.5g/cm3密度的基于BT5的低密高强水泥浆体系满足常温、中温、中高温现场固井要求，其浆体稳定、流变性好，稠化时间可调，24h水泥石抗压强度高，防窜性能好，具备封固油层能力，可满足易漏地层封固油层的作业要求。