膠乳水泥漿的室內(nèi)研究及應(yīng)用

馮麗成 石曉莉 王麗垣 任春宇

摘 要：為了解決固井候凝過程中油氣、水竄、固井施工過程中漏失、小井眼固井質(zhì)量不理想、水泥漿體系的抗高溫性能等給固井帶來的影響，通過對(duì)現(xiàn)有膠乳添加劑的改善和優(yōu)選，開發(fā)出一種新型膠乳水泥漿體系。

關(guān)鍵詞：小井眼井;固井;膠乳水泥漿;膠結(jié)強(qiáng)度

油田各區(qū)塊小井眼固井質(zhì)量不理想，尤其是小井眼側(cè)鉆井固井質(zhì)量不理想、返高不夠等問題。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)各油田運(yùn)用膠乳水泥漿體系固井技術(shù)比較成功的解決了固井候凝過程中油氣、水竄、固井施工過程中漏失、小井眼固井固井質(zhì)量不理想、水泥漿體系的抗高溫性能等給固井帶來的影響。要提高油田在固井過程中遇到的實(shí)際問題，勢(shì)在必行地就要開展新型固井水泥漿工藝技術(shù)研究。

1 作用機(jī)理

膠乳與水泥混和形成水泥漿時(shí)，聚合物膠乳顆粒均勻地分散于水泥漿中。水泥水化產(chǎn)生的水化物與飽和Ca（OH）2在水化硅酸鹽表面發(fā)生反應(yīng)，形成一層硅酸鈣涂層。聚合物膠乳顆粒將在水泥凝膠體，未水化的水泥顆粒混合物表面形成一層連續(xù)的單元封閉式的聚合物膠乳顆粒涂層，并與硅酸鹽混合物涂層表面相粘接。聚合物膠乳顆粒從水中分離出來，在水泥水化物表面形成一層連續(xù)薄膜。這層薄膜將水泥水化物的單元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相互“鉸”結(jié)，牢固地粘結(jié)成為一個(gè)堅(jiān)固的整體。這些聚合物絲狀膜層橫跨水泥漿硬化體的缺陷和微裂縫，穿梭連接，既分散了水泥漿的應(yīng)力集中，又增加了變形性，從而提高了聚合物膠乳水泥石的抗裂、抗?jié)B、耐酸堿及耐腐蝕等性能。

2 室內(nèi)研究

2.1 技術(shù)指標(biāo)

①水泥及其他外加劑有很好的相容性;②流變性能良好：n≧0.3，K≦3.0Pa.sn;③失水量≦50mL;④稠化時(shí)間可調(diào)，稠化曲線不鼓包，無臺(tái)階;⑤水泥石48H抗壓強(qiáng)度≧13.8MPa。

2.2 膠乳水泥漿外加劑的優(yōu)選

2.2.1 乳化劑、表面活性劑優(yōu)選

目前，國內(nèi)應(yīng)用比較成熟的穩(wěn)定膠乳，和膠乳乳液復(fù)合形成BCT-800L膠乳外加劑是國內(nèi)油田應(yīng)用的首選。

2.2.2 降失水劑的選擇

各種水泥漿體系都需要降失水劑來降低失水，膠乳水泥漿體系所用的降失水劑要與膠乳體系中的其他外加劑配伍，并且能很好的控制失水。BXF-200L降失水劑在膠乳水泥漿體系中配伍性好。

2.2.3 消泡劑的優(yōu)選

由于膠乳乳化劑的起泡特點(diǎn)和其他水泥漿體系的起泡特點(diǎn)不同，這就需要在應(yīng)用膠乳水泥漿體系的時(shí)候采用適宜的消泡劑。這種消泡劑要和膠乳體系相容，對(duì)膠乳水泥漿體系具有較強(qiáng)的抑泡和消泡效果，以保證膠乳水泥漿配漿的正常進(jìn)行。

2.2.4 緩凝劑的優(yōu)選

不同溫度下膠乳水泥漿所需要的凝固時(shí)間差異較大。低溫時(shí)，膠乳水泥漿凝固時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，但在溫度較高時(shí)就需要添加緩凝劑來調(diào)節(jié)施工作業(yè)所需要的凝固時(shí)間。在中溫和高溫情況下可采用BXR-200L緩凝劑和BXR-300L高溫緩凝劑來調(diào)整水泥漿的稠化時(shí)間。

2.3 配方優(yōu)選

2.3.1 膠乳外加劑BCT-800L加量的優(yōu)選

①隨著膠乳外加劑加量BCT-800L的加量的增加，水泥漿的稠化時(shí)間縮短;②膠乳外加劑加量BCT-800L對(duì)水泥漿的流變性能影響較大，隨著膠乳外加劑加量BCT-800L的加量的增加，水泥漿初始稠度越來越大，水泥漿的降失水性能越來越好;③隨著膠乳外加劑加量BCT-800L的加量的增加，水泥漿的強(qiáng)度變大;④可以優(yōu)選出在常規(guī)膠乳水泥漿中最合適的膠乳外加劑BCT-800L加量為2-3%。

2.3.2 緩凝劑加量的確定

①隨著緩凝劑加量的增加，水泥漿的稠化時(shí)間延長(zhǎng);②緩凝劑加量的增加對(duì)水泥漿的失水影響不大;③隨著加量的增加，水泥漿的24hr膠結(jié)強(qiáng)度變低;④在常規(guī)膠乳水泥漿中緩凝劑的加量，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工不同實(shí)際的需要進(jìn)行調(diào)整。

2.3.3 水泥漿配方優(yōu)選

通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出常規(guī)膠乳水泥漿體系配方為：

天山G中+2%WG+3%BCT-800L+3%BXF-200L+HBF- 818+38%水。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

通過以上技術(shù)的運(yùn)用后，共計(jì)施工23口井，使用效果明顯，固井一次合格率100%，優(yōu)質(zhì)率73.9%。

4 總結(jié)與認(rèn)識(shí)

①膠乳水泥漿實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明膠乳水泥漿體系具有優(yōu)良的漿體穩(wěn)定性、防氣竄性能，對(duì)地層氣竄、水竄具有很好的預(yù)防效果;能控制失水量小于100mL，防止環(huán)空竄流;②膠乳水泥石的滲透率低，彈性及抗托強(qiáng)度島，抗沖擊能力強(qiáng);③現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況顯示膠乳水泥綜合性能優(yōu)良，在小井眼井、套管開窗側(cè)鉆井的固井作業(yè)中值得推廣;④膠乳水泥能較好地改善水泥環(huán)與套管、水泥環(huán)與地層之問的膠結(jié)性能;能有效提高水平井水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量，提高固井質(zhì)量;⑤膠乳水泥漿系列外加劑為液體，固井施工時(shí)需要現(xiàn)場(chǎng)配置，這就使得固井綜合費(fèi)用比普通水泥漿體系提高了60%。

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作者簡(jiǎn)介：

任嘉偉（1983- ），工程師，2004年畢業(yè)于重慶石油高等?？茖W(xué)校，現(xiàn)在西部鉆探吐哈鉆井公司從事現(xiàn)場(chǎng)固井工程工作。