提高華北地區(qū)調(diào)整井固井質(zhì)量水泥漿體系研究

尹 璇，吳晉波，李艷芳，向 榮

（渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司，河北任丘 062552）

提高華北地區(qū)調(diào)整井固井質(zhì)量水泥漿體系研究

尹 璇，吳晉波，李艷芳，向 榮

（渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司，河北任丘 062552）

華北地區(qū)經(jīng)過多年的注采，地下壓力體系變得十分復(fù)雜，鉆完井期間易發(fā)生油氣水竄，對固井質(zhì)量影響很大；水泥漿凝固時的體積收縮和水泥漿由液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)化時的過渡時間長短也會增加發(fā)生油氣水竄的風險。為此，優(yōu)選了一種新型膨脹材料，研制出一種新型膨脹水泥漿體系，并對其膨脹效果，對稠化實驗的影響以及與常用外加劑的配伍性等展開了研究。

固井；水泥漿；膨脹；防竄；稠化時間

1 調(diào)整井竄槽機理

水泥漿產(chǎn)生環(huán)空竄流的根本原因是由于水泥漿自身的膠凝特征而引起的，水泥漿在凝結(jié)過程中，環(huán)空液柱有效壓力和水侵阻力之和大于地層流體壓力時，地層流體就不會侵入環(huán)空發(fā)生竄流。固井侯凝過程中水泥漿處于失重狀態(tài)，環(huán)空液柱壓力不能再往下傳遞時，如果水泥基質(zhì)防竄能力差，環(huán)空液柱壓力加上水泥自身的內(nèi)部阻力低于地層的壓力，活躍的流體就會侵入到水泥環(huán)中，無法實現(xiàn)壓穩(wěn)；同時水泥漿凝結(jié)過程中還會發(fā)生體積收縮，也會影響水泥石與井壁和套管壁的膠結(jié)質(zhì)量，從而引起層間互竄，難以實現(xiàn)層間的有效封隔，地層流體上竄，影響固井質(zhì)量，有的甚至造成固井失敗。

2 膨脹水泥漿體系室內(nèi)實驗

2.1 膨脹率實驗

室內(nèi)實驗選用水泥漿配方：G級油井水泥+1.0%TW200s＋0.4%USZ，水泥漿密度1.87g/cm3，分別加入不同比例的膨脹劑，對水泥石的膨脹率進行評價。

隨著膨脹劑加量的增加，水泥石的膨脹率在不斷增大，當加量達到 2.0%～3.0%時，水泥石體積產(chǎn)生微膨脹，當加量達到 4%時，水泥石體積有增大趨勢；考慮過度的膨脹量對套管和水泥環(huán)體的破壞，建議膨脹劑加量 2.0%～3.0%。

2.2 膨脹劑對水泥漿性能的影響

水泥漿稠化時間是保障固井作業(yè)安全的主要參數(shù)，SPN直接影響水泥漿的防竄性能，固井降失水劑、分散劑、緩凝劑等外加劑的加入量對水泥漿性能影響較大。實驗選用2.1中水泥漿配方，分別加入不同比例的膨脹劑，對水泥漿綜合性能進行評價。

式中，B為FL，mL；t100BC、t30BC為水泥漿稠度100BC和30 BC 的稠化時間，min。

膨脹劑的加入量對水泥漿的稠化時間、失水、析水影響很小，但是隨著膨脹劑加入量的增加，水泥漿的防竄性增強。

2.3 膨脹劑對水泥石抗壓強度的影響

固井水泥漿主要目的是封隔地層和承托套管，因此水泥漿必須達到一定的強度才能滿足要求，也才能為后期作業(yè)提供保障。實驗選用水泥漿配方：G級油井水泥+1.0%TW200s＋0.4%USZ+3%膨脹劑，1號樣品中未加膨脹劑，室內(nèi)對不同養(yǎng)護條件下的水泥石抗壓強度進行了實驗。

在常規(guī)水泥漿中加入這種新型膨脹劑基本不影響抗壓強度，且該膨脹水泥漿的膨脹效果基本不受溫度影響，隨著壓力升高，膨脹率有所下降，但在21MPa下仍能產(chǎn)生微膨脹，能夠補償水泥漿凝固時的體積收縮，有利于提高膠結(jié)強度。

3 實例應(yīng)用

利用該新型膨脹水泥漿體系固井5井次，主要應(yīng)用在油氣層活躍的大斜度井，固井作業(yè)及侯凝期間均未發(fā)生氣浸和竄槽現(xiàn)象，固井質(zhì)量檢測油層段封固質(zhì)量優(yōu)質(zhì)。

3.1 岔20-67x井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

岔20-67x井二開215.9mm鉆頭鉆至井深3 489m，下入139.7mm套管至3 476.4m。該井最大井斜42.8°，水平位移1 123.09m，油氣層頂界1 643.8m，油氣層底界3 432.4m，固井水泥返至1 300m。岔河集區(qū)塊的井，由于長期開采，地層壓力失去平衡，井下復(fù)雜，造成鉆井困難，井下易垮，經(jīng)常電測遇阻，這就給固井造成了很大的難度。同時該區(qū)塊屬于低壓高滲透地層，其油層分布較為集中，且層厚較長。由于使用注水井開采，水泥漿的失重，從而引起油氣外侵，嚴重影響了固井質(zhì)量，為了解決這個壓穩(wěn)問題在該井施工過程中采用四凝水泥漿體系，實現(xiàn)層層壓穩(wěn)，并在主要油層段使用膨脹劑，利用膨脹劑產(chǎn)生的氣體彌補水泥漿候凝中引起的壓力損失，解決了該區(qū)塊固井質(zhì)量不太理想的問題。

水泥漿配方如下：油井水泥G＋10%微硅+2.0%TW200s＋0.5%USZ＋2%膨脹劑+0.3%緩凝劑+0.3%消泡劑（w/c=0.44，90℃）水泥漿密度為1.85g/cm3，流動度為23cm，37MPa，78℃下養(yǎng)護24h后抗壓強度為17.5MPa，水泥漿稠度達到40 Bc的時間為143min，失水量≥250mL。

現(xiàn)場注水泥：岔20-67x井注入8m3隔離液后，注水泥，水泥漿最高密度為1.87g/cm3，最低為1.83g/cm3，平均為1.85g/cm3；替漿為37m3，替漿壓力為0～13MPa，碰壓15MPa，敞壓候凝48h。聲幅測井固井質(zhì)量為優(yōu)。

4 結(jié)論

1）新型膨脹劑在較高溫度和壓力下仍能保證水泥產(chǎn)生微膨脹，補償水泥凝固時的體積收縮，同時對抗壓強度影響不大。

2）新型膨脹劑對水泥漿體系的流變形、稠化時間幾乎沒有影響，與常用的降失水劑和減阻劑有良好的配伍性。

3）新型膨脹劑的使用能提高調(diào)整井二界面的封固質(zhì)量，直角稠化性能好，具有雙重防氣竄作用

[1] 孫凌，呂容平，蔡濤等.氮氣膨脹劑的研究與應(yīng)用[J].鉆井液與完井液，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，工程師，主要從事固井水泥漿化驗工作。