固井水泥漿性能優(yōu)化研究與應(yīng)用

劉麗

摘要：固井成功的關(guān)鍵在很大程度上要取決于水泥漿在井下的適應(yīng)性?，F(xiàn)在，伴隨著勘探和開發(fā)難度的增加，對油氣儲層保護(hù)的研究更加重視起來。固井作業(yè)作為其中重要環(huán)節(jié)之一，當(dāng)然不能例外。就固井作業(yè)本身而言，它對油氣儲層的破壞主要體現(xiàn)在控制水泥漿失水量、防止油氣水竄和保證封固質(zhì)量這三個(gè)方面。事實(shí)上，水泥漿性能是決定固井作業(yè)對油氣儲層破壞程度的關(guān)鍵因素。所以，對于水泥漿性能的研究就顯尤為重要。（1）水泥漿體系析水接近零或?yàn)榱阄鏊啃∮?0m1/30min，有利于提高固井質(zhì)量。（2）采用配方要求體系穩(wěn)定，稠化時(shí)間適當(dāng)，現(xiàn)場便于施工。（3）施工要連續(xù)，水泥漿密度在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)要求基本均勻。（4）為了提高固井質(zhì)量可進(jìn)行活動套管和旋轉(zhuǎn)套管的實(shí)踐，以便提高頂替效率，進(jìn)一步提高井的封固質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：水泥漿適應(yīng)性；固井質(zhì)量；水泥漿性能；穩(wěn)定性；稠化時(shí)間

固井的重要目的是對套管外的滲透層徹底進(jìn)行永久性封固。為了滿足這個(gè)要求就必須徹底驅(qū)除環(huán)形空間內(nèi)的液體而使環(huán)形空間充滿水泥漿。水泥漿到位后就應(yīng)硬化，形成足夠的機(jī)構(gòu)性能以保證在油氣井生產(chǎn)期間保持密封。因此要達(dá)到良好的井下封隔效果就必須有效地驅(qū)替泥漿，提高頂替效率。如果驅(qū)替泥漿不徹底就會在要封固的產(chǎn)層形成連續(xù)的泥漿竄槽，從而使層與層之間竄通。針對固井面臨的主要技術(shù)問題以及針對問題對水泥漿性能進(jìn)行優(yōu)化的研究，并對影響水泥漿性能的因數(shù)，對水泥漿的失去水量、穩(wěn)定性和稠化時(shí)間的要求等進(jìn)行了說明和分析。

1 固井水泥漿的優(yōu)選

根據(jù)井眼條件的特殊要求，選擇固井水泥漿時(shí)應(yīng)該考慮到諸多因素。在很多情況下油氣井不能簡單的根據(jù)地層破裂壓力和孔隙壓力來作為選擇水泥漿密度[4]的標(biāo)準(zhǔn)。通常用混配高密度水泥漿的方式使水泥漿在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到一定的抗壓強(qiáng)度。但往往從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，有時(shí)就采用低密度充填水泥漿，通過降低水泥的某些機(jī)械性能以獲得較高造漿率。對于流過產(chǎn)層的水泥漿及在環(huán)空間隙較窄的情況下使用水泥應(yīng)考慮使用降失水劑。這些添加劑可降低水泥漿內(nèi)液相的濾失強(qiáng)度。水泥漿濾失量過高對水泥漿性能會產(chǎn)生嚴(yán)重影響，特別是對黏度影響很大和對產(chǎn)層造成損害。從水泥漿設(shè)計(jì)和水泥漿性能角度上看，有充分理由說明應(yīng)特別注意降失水劑的配制。首先，許多降失水劑都有增粘作用，所以必須加入分散劑以保證水泥漿的配制性；其次還要考慮到這類添加劑有降低水泥漿粘度作用；最后，還要考慮有些糖類緩凝劑對水泥漿性能造成的影響。如果在水泥漿中不加入降濾失劑，通常也會加入一些分散

劑來降低水泥漿的粘度，從而降低形成環(huán)空紊流頂替所需的泥漿泵速并降低頂替壓力。這樣就有利于提高頂替效率。對于環(huán)空間隙窄小、摩阻壓降較高有可能壓裂薄弱地層的情況更有必要混入分散劑。在加分散劑時(shí)，應(yīng)特別注意到對水泥漿其他性能的影響，因?yàn)榉稚┡c水泥漿中加入的緩凝劑共同作用，會增加水泥漿稠化時(shí)間。加入過量分散劑會使水泥漿性能不穩(wěn)定、產(chǎn)生大量的自由水形成沉淀。如果對失水不加以控制，將會產(chǎn)生一系列嚴(yán)重后果，導(dǎo)致施工失敗并且損害地層。隨著水泥漿密度的逐漸增大，水相體積逐漸的減少，從而使水泥漿的性能偏離原始設(shè)計(jì)。如果過多的失水進(jìn)入地層、水泥漿會變得無法泵送?？偟膩碚f，在優(yōu)選水泥漿時(shí)應(yīng)盡量使用低失水量、稠化時(shí)間適當(dāng)和密度合適的水泥漿。

2 水泥漿密度

為了達(dá)到最適合頂替的條件，希望把泥漿密度降到井下安全允許的最低限度—降低水泥漿密度?？梢詼p少固井靜水液柱壓力，防治壓裂減弱膠結(jié)地層造成井漏，并且還可以減少固井的注水泥次數(shù)，這個(gè)時(shí)候可以加入水泥填充劑（粘土、硅酸鈉、火山灰、低密度顆粒材料）。為實(shí)現(xiàn)平衡固井、保護(hù)產(chǎn)層或控制高壓層，要求改變水泥漿密度。如果固井段遇見異常高壓或低壓易漏地層，需大幅度調(diào)整水泥漿密度時(shí)，一般加入加重劑（重晶石粉、鈦鐵礦粉、方鉛石粉）或減輕劑（硅藻土、粉煤灰、硬瀝青、膨脹珍珠巖）。為了更好的控制水泥漿的密度，最好是采用分批混配技術(shù)。水泥漿的密度通常要控制在1.87g/cm3到2.10g/cm3之間，以保證教高的抗壓強(qiáng)度。

2.1 低密度水泥漿性能

（1）針對低密度水泥漿進(jìn)行了油氣層傷害評價(jià)分析，并且與硅藻土低密度水泥漿和常規(guī)密度水泥漿也進(jìn)行了對比，對比分析結(jié)果顯示它們的滲透率恢復(fù)值都非常接近，大多都在50%左右。（2）水泥漿穩(wěn)定性是采用沉降穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)分析評價(jià)出來的水泥漿的穩(wěn)定性。當(dāng)密度為1.30g/cm3 的水泥漿時(shí)，水泥漿上下密度差僅為0.035g/cm3，表明該水泥漿沉降穩(wěn)定性相對較好。當(dāng)水泥漿的上下密度差小于0.05g/cm3時(shí)，水泥漿具有相對良好的穩(wěn)定性。

2.2 高密度水泥漿

（1）保證高密度水泥漿良好綜合性能的前提是合理的鐵礦粉的粒度分布。對于粗細(xì)搭配組成的鐵礦料才能獲得性能相對較好的高密度的水泥漿。（2）在加入了加重料的水泥漿中，由于加重料的密度和水泥的密度相差較大，漿體極易沉降，所以不穩(wěn)定。高密度水泥漿在

保持必要的流動性的前提下，盡量要控制水泥漿的沉降穩(wěn)定性，常規(guī)的水泥漿穩(wěn)定性允許密度相差0.05g/cm3，在室內(nèi)做了大量的實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選和評價(jià)水泥漿的配方，得到高密度水泥漿穩(wěn)定性密度相差為0.02g/cm3，在經(jīng)過多次的室內(nèi)試驗(yàn)，最終調(diào)試出兩套性能相對較好的的水泥漿配方（見表1）。

3 水泥漿用量

適當(dāng)?shù)乃酀{量取決于擠水泥的井段的長度和使用的擠水泥技術(shù)。低壓擠水泥只需要在每個(gè)射孔道內(nèi)足以形成水泥餅的數(shù)量。附加的水泥漿量可根據(jù)該地區(qū)的統(tǒng)計(jì)資料來確定。但必須牢記，施工中附加的水泥量對于擠水泥地層的產(chǎn)油能力是有害的。在高壓擠水泥中，由于地層破裂，需要較多的水泥漿。所需的水泥漿量發(fā)生裂縫的寬度和深度的函數(shù)。在一些連續(xù)擠水泥量施工中，產(chǎn)生的裂縫過大，一次擠水泥漿會很多。從而導(dǎo)致擠水泥可以使水泥漿減至最少，并保持注入壓力低于裂縫的擴(kuò)散壓力。如果以高壓大排量擠水泥，裂縫將隨之?dāng)U大，從而導(dǎo)致大量的水泥漿擠入地層。在施工期間，必須控制靜液壓力和地面壓力。在頂替期間較高的水泥液柱可能導(dǎo)致低壓或枯歇地層的破裂。當(dāng)由于自然裂縫的存在而需要大量的水泥漿時(shí)，推薦使用低密度水泥。

參考文獻(xiàn)：

[1]王成文.復(fù)雜井固井低密度水泥漿體系研究，2016