高溫井固井過程中緩凝劑研究與應(yīng)用

汪洋

摘 要：在深井長(zhǎng)封固段固井過程中，為保障固井施工安全，需向水泥漿中加入大量緩凝劑，而含聚合物類緩凝劑的水泥漿在大溫差條件下，易出現(xiàn)水泥漿柱頂部水泥石強(qiáng)度發(fā)展緩慢或超緩凝等問題，不但影響固井質(zhì)量和延長(zhǎng)鉆井周期，而且給后期鉆完井等作業(yè)帶來風(fēng)險(xiǎn)。因此開發(fā)新型聚合物類高溫緩凝劑具有耐高溫、抗鹽能力強(qiáng)、耐高溫、適用溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，且大溫差條件下水泥漿柱頂部水泥石強(qiáng)度發(fā)展快，適用溫差范圍為 50～120 ℃，對(duì)深井、超深井長(zhǎng)封固段固井的發(fā)展具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：深井長(zhǎng)封固段固井；緩凝劑；水泥漿；適用范圍

1 實(shí)驗(yàn)部分

針對(duì)深井、超深井長(zhǎng)封固段大溫差水泥漿柱頂部強(qiáng)度發(fā)展緩慢的問題，通過自由基水溶液聚合方法，研制了新型聚合物類高溫緩凝劑 GWH-1，并對(duì)其性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：GWH-1 耐溫可達(dá) 200 ℃，抗鹽可達(dá)飽和；通過調(diào)整 GWH-1 加量，能調(diào)節(jié)水泥漿的稠化時(shí)間；經(jīng) 130 ℃養(yǎng)護(hù)后低密度水泥漿（1.30 g/cm 3）的稠化時(shí)間為 386min，在 30℃下養(yǎng)護(hù) 72 h 后的抗壓強(qiáng)度大于 3.5 MPa ；高溫水泥漿無游離液且水泥石上下密度差小于 0.02 g/cm 3 ；水泥漿綜合性能良好，解決了長(zhǎng)封固段大溫差固井水泥漿頂部超緩凝難題。GWH-1在油田A井等進(jìn)行了應(yīng)用，封固段固井質(zhì)量?jī)?yōu)良。對(duì)深井長(zhǎng)封固段提高固井質(zhì)量、簡(jiǎn)化井身結(jié)構(gòu)及節(jié)約鉆井成本等具有重要意義。

2 結(jié)果與討論

2.1 GWH-1的耐溫性能。對(duì) GWH-1 進(jìn)行了 200 ℃熱處理，考察其不同加量下水泥漿在不同溫度下的稠化性能。經(jīng)熱處理后的 GWH-1 在 70～200 ℃范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)水泥漿的稠化時(shí)間 ；在 130～200 ℃范圍內(nèi)，緩凝劑加量并未因溫度升高而大幅度增大，且低溫下水泥漿稠化時(shí)間對(duì) GWH-1 加量不敏感。其配方為 ：勝濰 G 級(jí)水泥 +30% 硅粉 +3%DRF-120L+5%微硅 +GWH-1+0.5%DRS-1S+DRK-3S+52%水

2.2 GWH-1的抗鹽性能

在 130 ℃下考察不同加量的 GWH-1 在不同鹽含量下，對(duì)水泥漿稠化性能的影響，結(jié)果見表 2。相同鹽含量下，鹽水水泥漿稠化時(shí)間隨GWH-1 加量的增加而延長(zhǎng) ；鹽含量對(duì) GWH-1 水泥漿的稠化性能影響較小 ；含鹽量為 8% 時(shí)水泥漿稠化時(shí)間和淡水水泥漿基本一致 ；隨著鹽含量增加，水泥漿稠化時(shí)間將不同程度地延長(zhǎng)，但無明顯縮短或超緩凝現(xiàn)象。這可能是鹽溶液是一種強(qiáng)電質(zhì)，其氯離子包覆在水泥顆粒表面，部分屏蔽水和水泥顆粒的接觸，從而使水泥漿稠化時(shí)間變長(zhǎng)。

2.3 GWH-1的調(diào)凝性能

在 120 ℃下不同密度水泥漿稠化時(shí)間與 GWH-1加量的關(guān)系見圖 2。在 GWH-1 加量為 2%時(shí)，不同密度水泥漿的稠化時(shí)間與實(shí)驗(yàn)溫度關(guān)系見圖 3。

從圖 2 可知，同一溫度下，不同密度的水泥漿稠化時(shí)間隨 GWH-1 加量的增加而延長(zhǎng)，呈良好的線性關(guān)系。從圖 3 可知，在緩凝劑加量相同條件下，水泥漿的稠化時(shí)間隨溫度升高而縮短，與溫度呈良好線性關(guān)系，說明了 GWH-1 具有良好的高溫調(diào)凝性。

2.4 GWH-1水泥漿的高溫穩(wěn)定性能

通過優(yōu)化聚合物分子結(jié)構(gòu)，GWH-1 對(duì)水泥漿高溫穩(wěn)定性影響較小。含 GWH-1 緩凝劑和緩凝劑R（一種聚合物類緩凝劑）的水泥漿，在 150 ℃下養(yǎng)護(hù)，BP 沉降穩(wěn)定性對(duì)比結(jié)果見表 3。由表 3 可知，含 GWH-1 的水泥石上下密度差為 0.014 5 g/cm 3 ，而含緩凝劑 R 的水泥石上下密度差為 0.068 2 g/cm 3 。說明 GWH-1 的高溫分散性弱，對(duì)水泥漿高溫穩(wěn)定性影響較小，滿足高溫固井對(duì)水泥漿穩(wěn)定性的要求。

2.5 大溫差下GWH-1水泥石強(qiáng)度的發(fā)展情況水泥漿一次上返至預(yù)定位置后， GWH-1 可適用于不同密度的水泥漿體系，且在相應(yīng)井底靜止溫度下養(yǎng)護(hù) 24 h 后，水泥石的抗壓強(qiáng)度均大于 14 MPa ；130 ℃低密度水泥漿在 30 ℃下養(yǎng)護(hù) 72 h 后，水泥石抗壓強(qiáng)度大于 3.5MPa ；160 ℃常規(guī)水泥漿在 30 ℃下養(yǎng)護(hù) 72 h 后，抗壓強(qiáng)度大于 7.5 MPa ；120 ℃高密度水泥漿在 30 ℃下養(yǎng)護(hù) 48 h 后，抗壓強(qiáng)度大于 3.5 MPa，且 96 h 后達(dá)到 16.8 MPa。

綜上所述，說明了 GWH-1 對(duì)水泥石強(qiáng)度影響較小，從宏觀上說明了聚合物緩凝劑分子結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性和引入可聚合陽離子單體的必要性。GWH-1適用于密度為 1.3～2.3 g/cm 3 的水泥漿，能滿足溫差為 50～120 ℃的長(zhǎng)封固段固井作業(yè)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

GWH-1 在油田已成功應(yīng)用 2 井次，分別為 HA1501 井和 A 井。下面以 A 井為例介紹其應(yīng)用情況。該井為開發(fā)評(píng)價(jià)井，井底靜止溫度為 138 ℃，循環(huán)溫度為 115 ℃。設(shè)計(jì)采用密度為 1.30g/cm 3 的低密度水泥漿配合密度為 1.88 g/cm 3 的常規(guī)密度水泥漿，單級(jí)全封固井工藝，但由于下套管過程中發(fā)生井漏，被迫采用正注反擠工藝。該井固井難點(diǎn)是封固段長(zhǎng)為 6 856 m、溫差大、地層易漏等。采用了以 GWH-1 為主的水泥漿，A 井固井順利，由于存在漏層，水泥漿并未返至井口，但測(cè)井結(jié)果表明水泥漿封固段固井質(zhì)量?jī)?yōu)良。1.30 g/cm 3 低密度水泥漿配方（1 # ）和 1.88 g/cm 3常規(guī)密度水泥漿（2 # ）。

4 結(jié)論

通過合理分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研制了新型高溫緩凝劑 GWH-1，其耐溫可達(dá) 200 ℃，抗鹽達(dá)飽和 ；高溫分散性弱 ；加量、溫度與水泥漿稠化時(shí)間呈良好的線性關(guān)系 ；大溫差條件下水泥石強(qiáng)度發(fā)展迅速 ；不同密度 GWH-1 水泥漿具有良好的綜合性能，可滿足大溫差的長(zhǎng)封固段固井需求。HA1501 井和 A 井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，含 GWH-1 的水泥漿具有良好的高溫調(diào)凝性能，頂部強(qiáng)度發(fā)展快，可滿足深井超深井固井對(duì)高溫緩凝劑的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭錦棠，夏修建，劉碩瓊，等 . 適用于長(zhǎng)封固段固井的新型高溫緩凝劑 HTR-300L[J]. 石油勘探與開發(fā)，2013，40（5）：611-615.