超高溫高密度防漏堵漏水泥漿技術(shù)

王兆永

（藍(lán)海博達(dá)科技有限公司，福建泉州 362100）

樂(lè)東區(qū)塊成藏模式為“烴源流體超壓驅(qū)動(dòng)、底辟微裂縫輸導(dǎo)、重力流水道儲(chǔ)集、厚層淺海高壓泥巖封蓋、天然氣上傾尖滅式成藏”[1-2]。地層縱向的壓力梯度變化很大。在鉆遇高壓氣層的井眼內(nèi)，同時(shí)存在薄弱層甚至裂縫型的漏失層，要壓穩(wěn)高壓氣層，就有壓漏薄弱層的危險(xiǎn)，鉆井液密度安全窗口窄，壓穩(wěn)和防漏矛盾十分突出[3-5]，通過(guò)前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，對(duì)于滲透和裂縫性堵漏，大多數(shù)采用纖維堵漏[2，6]，但是這種辦法應(yīng)用在180 ℃以上超高溫環(huán)境研究比較少，有的話也存在固井質(zhì)量不好的情況，因此需要開(kāi)發(fā)一套超高溫堵漏防漏水泥漿，以滿足樂(lè)東區(qū)塊高溫高壓鉆完井要求，為該氣田的后續(xù)勘探開(kāi)發(fā)提供技術(shù)保障。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

嘉華G 級(jí)水泥，四川嘉華特種水泥廠；淡水為普通蒸餾水；Micro-Max 納米增強(qiáng)材料、PC-B6 高溫穩(wěn)定材料、C-FL830 降失水劑、C-F42 分散劑、C-DF62 消泡劑、H40L 無(wú)機(jī)緩凝劑、X66L 耐溫緩凝劑、PL-F64 堵漏纖維，荊州嘉華科技有限公司；剛性堵漏材料、TG4500 型和TG2500 型堵漏材料，實(shí)驗(yàn)室自制。

TG-3060 恒速攪拌器、TG-71 高溫高壓失水儀、TG-8040 高溫高壓稠化儀、TG-3060 六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，沈陽(yáng)泰格石油儀器設(shè)備制造有限公司；YJ-2001 勻加荷壓力試驗(yàn)機(jī)，青島森欣機(jī)電設(shè)備有限公司；HY-20080 微機(jī)控制電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)儀，上海衡翼精密儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）水泥漿性能測(cè)試，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 10238—2005《油井水泥》和GB/T 19139—2012《油井水泥試驗(yàn)方法》評(píng)價(jià)水泥漿的性能[7]。

（2）堵漏實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，通過(guò)調(diào)節(jié)高溫高壓靜態(tài)堵漏儀上的圓形椎體與套筒之間的距離來(lái)模擬不同寬度的裂縫，本實(shí)驗(yàn)分別將模具設(shè)置為0.5 mm 和0.9 mm尺寸模擬裂縫地層，模擬漏失通道試件的直徑均為58 mm，厚度均是25.5 mm，然后采用高溫高壓靜態(tài)堵漏儀來(lái)評(píng)價(jià)不同水泥漿體系的防漏堵漏能力。

2 結(jié)果與討論

2.1 超高溫高密度水泥漿固井堵漏材料的篩選

2.1.1 堵漏纖維 為了探究纖維在水泥漿中對(duì)水泥漿性能的影響，室內(nèi)對(duì)不同種類纖維進(jìn)行了水泥漿流變性和力學(xué)性能評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1 可以看出，杜拉纖維和PL-F64 堵漏纖維的抗沖擊強(qiáng)度比較高，但是PL-F64 堵漏纖維抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度相對(duì)于杜拉纖維要高，分別提高了24.4%和26%，且PL-F64 堵漏纖維流變性更好，PLF64 堵漏纖維的彈性模量最低，降低了48.8%，PL-F64堵漏纖維的加入增加了纖維水泥石韌性。

表1 纖維類型對(duì)水泥石力學(xué)性能的影響

在等質(zhì)量纖維條件下，纖維長(zhǎng)度對(duì)水泥石的韌性和力學(xué)性能也能產(chǎn)生影響，纖維過(guò)長(zhǎng)在水泥漿體內(nèi)存在纏結(jié)重疊，纖維過(guò)短，其在破壞界面上的黏結(jié)力和機(jī)械咬合力太小，而無(wú)法阻止水泥石局部裂縫的擴(kuò)展，從而達(dá)不到增加水泥石韌性的目的[1，3]。所以，合理的纖維長(zhǎng)度是提高纖維水泥石韌性的一個(gè)關(guān)鍵因素。因此室內(nèi)對(duì)PL-F64 堵漏纖維的長(zhǎng)度進(jìn)行了篩選評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，長(zhǎng)度為3 mm 的PL-F64 堵漏纖維抗壓強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度比較高，抗壓強(qiáng)度大于25 MPa，彈性模量最低為2.01 GPa，滿足樂(lè)東區(qū)塊超高溫固井作業(yè)需求。

表2 不同長(zhǎng)度的堵漏纖維對(duì)水泥石力學(xué)性能的影響

2.1.2 彈性堵漏材料 混合彈性堵漏材料是由TG4500 型和TG2500 型按一定比例混合使用的一類具有彈性的物質(zhì)，該物質(zhì)即使在高壓情況下仍然具有較大的彈性恢復(fù)能力，可以在誘導(dǎo)裂縫和裂縫漏失的情況下使用，具有良好的漏失封堵和抗返吐剪切效果。針對(duì)其彈性性能開(kāi)展彈性測(cè)試研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同材料的彈性比較

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在34.5 MPa 還是在68.9 MPa 外壓力作用下，混合彈性堵漏材料的彈性最高，在兩種壓力作用下，彈性分別達(dá)到了78%和114%，所以當(dāng)水泥石中含有這種彈性顆粒材料，外力作用于水泥石并在水泥石內(nèi)部傳遞時(shí)，彈性材料會(huì)對(duì)力的傳遞起到一個(gè)分散和緩沖作用，并吸收部分能量，防止大裂紋產(chǎn)生，從而提高了水泥石的抗沖擊性能。

2.1.3 剛性堵漏材料 通過(guò)對(duì)PM-R62 剛性堵漏材料粒徑的優(yōu)選，室內(nèi)對(duì)70～150 目的PM-R62 剛性堵漏材料在密度2.35 g/cm3的現(xiàn)場(chǎng)配方中進(jìn)行了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，見(jiàn)表3。

表3 70～150 目PM-R62 剛性堵漏材料加入高溫水泥漿體系中的理化性能

100%水泥+120%Micro-Max 納米增強(qiáng)材料+40%PC-B6 高溫穩(wěn)定材料+5%C-FL830 降失水劑+2%CF42 分散劑+0.7%C-DF62 消泡劑+50%淡水+0.6%H40L 無(wú)機(jī)緩凝劑+0.6%X66L 耐溫緩凝劑+PM-R62 剛性堵漏材料（密度：2.35 g/cm3）。

實(shí)驗(yàn)表明，摻有70～150 目PM-R62 剛性堵漏材料的水泥石180 ℃、24 h 情況下，抗壓強(qiáng)度隨著PM-R62剛性堵漏材料粒徑增大明顯提高，摻有100 目PM-R62剛性堵漏材料的水泥石抗壓強(qiáng)度均在25 MPa 以上，而且流變性較好，綜合考慮實(shí)際頂替效率、水泥石抗壓強(qiáng)度等要求，具有較好流變特性，摻有100 目PM-R62 剛性堵漏材料的水泥漿能夠滿足高溫固井作業(yè)需要。

2.2 超高溫高密度水泥漿堵漏效果評(píng)價(jià)

2.2.1 不同堵漏水泥漿堵漏性能評(píng)價(jià) 實(shí)驗(yàn)采用大（TG4500 型）、中（TG2500 型）、?。≒M-R62）三種堵漏顆粒，同時(shí)搭配3 mm 的PL-F64 堵漏纖維，大中小不同粒徑的顆粒使得整個(gè)水泥漿漿體具有比較寬的粒徑分布。評(píng)價(jià)了四種不同堵漏水泥漿體系配方的堵漏效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。實(shí)驗(yàn)配方分別為：

1#配方：2.35 g/cm3密度水泥漿基礎(chǔ)配方+TG2500型堵漏劑2%+TG4500 型堵漏劑2%；

2#配方：2.35 g/cm3密度水泥漿基礎(chǔ)配方+TG2500型堵漏劑2%+TG4500 型堵漏劑2%+3 mm PL-F64 堵漏纖維1%；

3#配方：2.35 g/cm3密度水泥漿基礎(chǔ)配方+TG2500型堵漏劑5%+TG4500 型堵漏劑2%+3 mm PL-F64 堵漏纖維2%+100 目PM-R62 剛性堵漏材料6%；

4#配方：2.35 g/cm3密度水泥漿基礎(chǔ)配方+TG2500型堵漏劑4%+TG4500 型堵漏劑2%+3 mm PL-F64 堵漏纖維2%+100 目PM-R62 剛性堵漏材料7%。

由表4 分析可以得到，1#水泥漿堵漏能力很差，2#水泥漿堵漏能力較差，3#～4#組合水泥漿堵漏能力較好，說(shuō)明彈性堵漏材料+剛性堵漏材料+纖維材料三相復(fù)配有利于提高水泥漿的堵漏效果，可堵0.5 mm 的裂縫，大于3.4 MPa 壓差下滿足漏失量小于50 mL，這是由于大、中尺寸顆粒在裂縫中形成支點(diǎn)，然后分散在水泥漿中的纖維纏繞、聚集在大、中顆粒上，顆粒與顆粒之間很快被纖維、中小顆粒緊密充填，迅速形成泥餅，阻擋水泥漿的漏失。

表4 不同配方堵漏實(shí)驗(yàn)結(jié)果

考慮到目的層井底壓力大，且目的層微裂隙發(fā)育，根據(jù)樂(lè)東區(qū)塊已鉆井漏失裂縫寬度主要分布在450～830 μm，裂縫增大水泥漿的堵漏效果變差，室內(nèi)通過(guò)微調(diào)彈性堵漏劑及堵漏纖維的配比，開(kāi)展了不同裂縫水泥漿的堵漏效果評(píng)價(jià)，見(jiàn)表5。從表5 可以看出，4#堵漏配方在1.5 mm 的裂縫下水泥漿的堵漏能力可以達(dá)到4 MPa，當(dāng)壓力增大堵漏能力降低。當(dāng)調(diào)整彈性堵漏劑TG2500 型堵漏劑與TG4500 型堵漏劑配比，并將PL-F64 堵漏纖維增至2.5%時(shí)，5#配方在1.5 mm 的裂縫下堵漏水泥漿的堵漏能力可以達(dá)到6.8 MPa，并且在8.0 MPa 壓差內(nèi)該堵漏水泥漿能夠有效的封堵裂縫避免較大的漏失。

表5 不同裂縫條件下的堵漏結(jié)果

2.2.2 堵漏水泥漿常規(guī)性能評(píng)價(jià) 為了進(jìn)一步探究5#堵漏水泥漿配方常規(guī)性能，室內(nèi)對(duì)2.35 g/cm3密度水泥漿基礎(chǔ)配方+TG2500 型堵漏劑3%+TG4500 型堵漏劑3%+3 mm PL-F64 堵漏纖維2.5%+70～100 目PM-R62 剛性堵漏材料7%所配制的水泥漿性能進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。從表6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，和基礎(chǔ)配方相比，添加堵漏材料后堵漏水泥漿抗壓強(qiáng)度增大，相比于基礎(chǔ)配方提高了26.2%，堵漏水泥漿失水量變小，稠化時(shí)間有輕微延長(zhǎng)，但是對(duì)水泥漿的流變性能影響較小，這是由于堵漏材料TG2500 型堵漏劑和TG4500 型堵漏劑以及摻有100 目左右的PM-R62 剛性堵漏材料均為惰性材料，顆粒較大。

表6 配方5#堵漏水泥漿性能評(píng)價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)不同堵漏材料的堵漏性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選出了3 mm 的PL-F64 堵漏纖維和摻有100 目左右的PM-R62 剛性堵漏材料可以有效提高水泥漿的力學(xué)性能，混合彈性堵漏材料具有良好的彈性，提高水泥漿的抗沖擊能力。

（2）采用大（TG4500 型）、中（TG2500 型）、?。≒MR62）三種堵漏顆粒，同時(shí)搭配3 mm 的PL-F64 堵漏纖維可以有效提高水泥漿的堵漏效果，可堵0.5 mm 的裂縫，大于3.4 MPa 壓差下滿足漏失量小于50 mL，PLF64 堵漏纖維增至2.5%時(shí)，5#配方在1.5 mm 的裂縫下堵漏水泥漿的堵漏能力可以達(dá)到6.8 MPa。