高温地热井水泥浆外加剂的技术研究

尹金伟

摘 要：随着石油勘探开发的发展，高温地热井的开发越来越多，地热钻井不同于以往的油氣钻井。这给钻井以后的固井提出了更高的技术要求，用纯水泥固井已成为过去，一代又一代的水泥外加剂被研发出来，用以改善水泥浆的性能，使之能适应高温地热井，以达到封隔地层，支撑套管和地层，保护储层的目的。 高温地热井在固井过程中需要减少水泥浆的失水，加入降失水剂是解决水泥浆失水的重要方法。本文根据高温地热井的实际情况研制了低温降失水剂A-500S、分散剂B-1S、早强剂C-1、高温降失水剂D-100L。以期为高温地热井固井提供理论指导。

关键词：高温地热井;固井;水泥浆;外加剂

1 前言

高温地热井固井过程中需要减少水泥浆的失水，降低水泥浆的失水可通过加入降失水剂来实现，降失水剂大多是一些天然或合成的有机高分子化合物，其降滤性能主要在于它们具有多官能团的线性大分子结构。在掺有降滤失剂的水泥浆中，降滤剂的有些官能团能吸附于水泥颗粒表面，而有些官能团能与水结合，使水泥颗粒形成带有吸附水层的外壳（即溶剂化层），这种溶剂化水层在低的速度梯度下，要比自由水粘度高数万倍乃至几十万倍，阻止水泥颗粒聚结，保持颗粒的大小适当分布[1-3]。此外，一般的降滤失剂对水泥的细微颗粒有高分子保护作用，它的线性分子的不同环节处可以粘着水泥颗粒，又通过这些颗粒的桥接，形成布满整个体系的混合结构网，进一步阻止了颗粒的聚结，使固井水泥浆在注替过程中能保持适当的多分散性，足以形成薄而致密的滤饼或聚合物薄膜，降低水泥浆的失水。

2 低温降失水剂A-500S

一般水泥按0.44的水灰比配浆，净浆的失水可达2000多ml，如果不对失水加以控制，会产生一系列的严重后果：1）注水泥阶段使水泥浆密度显著升高，流变性变差，水泥浆发生闪凝或桥堵，导致注水泥失败;2）水泥浆滤液浸入地层形成水障或发生沉淀，引起地层损害;3）在静止条件下，水泥浆失水发生失重引起层间窜通，使封固质量下降，尤其长封固段固井、天然气固井中严格控制水泥浆的失水，以防止水泥浆由于失重引起油、气、水窜。控制失水能明显提高固井质量，已为人们所共识。

超低密度固井水泥浆体系中引入了大量的活性增强材料，通过颗粒级配本身具有内在控制失水的能力，但不能完全满足要求。由于超低密度水泥浆主要应用于低压易漏地层，气井较多，为防止气窜发生，我们选择了降失水剂A-500S。

A-500S降失水剂是一种高分子聚合物，在水泥浆中控制水泥浆失水，A-500S是一种高分子化合物，经胶联、聚合处理，可在水泥浆中控制其胶联形态和聚合分子量，这些高分子化合物不参与水泥的水化反应，对水泥浆和水泥石没有不良影响。A-500S在水泥水化各个状态的物理性能如下：

1）加有A-500S的水泥浆具有良好的降失水性能，A-500S经胶联聚合后，在渗透层表面会形成致密的薄膜，有效的防止漏失。

2）加入了A-500S而形成高分子自身的另一种“网状结构”，从而增加了自由水的流动阻力。随着水泥水化的进行，自由水量降低，A-500S高分子浓度不断的增大，并继续地胶联聚合，分子量继续加大，高分子结构网进一步变密实，从而使流体流动阻力，即水泥浆自身阻力与其附加阻力之和急剧增大。

3）形成水泥石后，水泥石孔隙中留有大量的A-500S，降低了水泥石的渗透率。

下图1说明了降失水剂掺量对水泥浆失水性能的影响。

3 分散剂B-1S

同降失水剂相配套的分散剂B-1S，是一种有机分散剂。加有B-1S的水泥浆体系中，分散剂吸附在固井材料周围，改变材料的界面张力，减小水化膜厚度，释放自由水，提高水泥浆的流动性，降低水泥浆黏度。水泥浆的流动度都大于22cm。

4 早强剂C-1S

低温早强剂C-1S，是一种由有机物和无机物复合的促凝外加剂，适用于国标G级、A级等油井水泥，对水质无特殊要求，可与水泥干混，也可配水施工。低温早强剂C-1S，在水泥水化过程中参与水泥浆的水化过程，促进水泥凝胶的形成，提高早期强度。主要应用于表层套管固井和低温浅井固井，可缩短水泥浆的侯凝时间，提高早起强度。掺量1%-3%（占灰量）。

5 高温降失水剂D-100L

降失水剂D-100L，是一种高分子聚合物降失水剂，具有降低水泥浆滤失量、抗盐等功能，可使用淡水、盐水、高矿化度水配浆。使用降失水剂D-100L配置的水泥浆体系流动度好，与其他水泥浆外加剂联合使用，可使水泥浆达到施工的各项要求。特别适用于盐层固井。建议使用温度范围30-180 ℃;推荐掺量2%-4%（占水泥量）。

6 超低密度水泥浆综合性能研究

超低密度水泥浆的配方由水泥、减轻材料（微珠），活性增强材料，外加剂组成，通过调整材料的加量和体系优化，可设计出不同条件的超低密度水泥浆体系。

7 小结

综合上述分析，选择超低密度水泥浆的减轻材料应遵循以下三点：

（1）能降低水泥浆水固比，提高水泥浆固相量，有利于实现紧密堆积，保持水泥浆浆体稳定。

（2）减轻剂应尽量选择颗粒尺寸较小的球形材料，在掺量的允许下，密度与浆体密度相接近。

（3）减轻材料的物理化学性能对水泥浆性能有贡献。

参考文献：

[1]抗盐降失水剂G33S在酒东深井固井中的应用[J]. 艾贵成，田群山，吴天师. 西部探矿工程. 2013（02）.

[2]紧密堆积理论在设计活性粉末混凝土中的应用[J]. 王谦. 混凝土. 2012（12）.

[3]大温差水泥浆体系的研究与应用[J]. 张华，冯宇思，靳建洲，于永金，李小红，刘硕琼. 钻井液与完井液. 2012（05）.