三次加密調(diào)整小井眼固井水泥漿體系的研制

范中建

（大慶油田鉆探工程公司剩余油項目經(jīng)理部， 黑龍江，大慶 163000）

1 外加劑的作用機理

無過渡時間有機外加劑水泥漿體系DIOR是一種高效無氯油井水泥速凝體系，各組份全部由有機物組成，其稠化時間可以根據(jù)調(diào)整井固井施工的要求而調(diào)整，因不含氯離子其對設備、管材無腐蝕，有利于套管保護。DIOR水泥漿呈真角稠化（30-100Bc所經(jīng)過的時間小于10min），且無游離液，具有良好的流變性能，可以滿足大慶油田三次加密調(diào)整小井眼固井質(zhì)量要求。

油井水泥的水化作用是受水和離子核通過早期C-S-H凝膠屏蔽層的擴散所控制，其水化速度取決于屏蔽層的滲透率。因此可以通過改變C-S-H凝膠形狀，使其成為更開放的絮凝結(jié)構(gòu)，使擴散速度進一步加強，從而改變其滲透性，加快水化速度。由于C-S-H凝膠具有較高的C/S比（C/S=1.5-2），且呈網(wǎng)形盤曲狀，在DIOR體系中有機脂化物的作用下，初期水化液相中C3A—SO42-的平衡被破壞，水泥顆粒表面已生成的AFt微晶繼續(xù)水化長大，破壞了屏蔽層的薄膜，水化加速進行，已長大或重結(jié)晶的AFt與C-S-H在空間結(jié)成網(wǎng)架，使水泥凝結(jié)。同時SiO2、f-CaO和有機脂化物作用，使水泥漿中鈣離子達到過飽和，加速氫氧化鈣結(jié)晶析出，縮短了水泥的稠化時間，使水泥石強度提高較快，并降低了其滲透率。

2 室內(nèi)試驗

DIOR主要由三部分組份組成：一是有機速凝劑DIOR-A、二是調(diào)凝劑DIOR-B、三是流變調(diào)解劑DIOR-C等。

2.1 速凝效果試驗

用哈爾濱A級水泥，水灰比W/C=0.44，評價速凝組份DIOR-A對水泥漿凝結(jié)時間和稠化時間的影響，結(jié)果見表1。

表1 DIOR-A在水泥中速凝效果

由表1可見，DIOR-A的加量在3%以上具有速凝效果，為了保證與其他外加劑混配時其在水泥漿中的速凝效果，其加量為水量的4%。加入DIOR-A的水泥漿其稠化時間明顯變短，40-100Bc所經(jīng)過的時間僅為5min之內(nèi)，成明顯的直角稠化，具有良好的防竄性能。

2.2 調(diào)凝劑DIOR-B的評價試驗

為了滿足調(diào)整井固井施工的要求，水泥漿的稠化時間應在40-90min之間可調(diào)，通過加入調(diào)凝劑DIOR-B來調(diào)整水泥漿稠化時間。

用哈爾濱A級水泥，水灰比W/C=0.44，DIOR-A的加量為4%，結(jié)果見表2。

表2 DIOR-B調(diào)凝劑稠化時間試驗數(shù)據(jù)

隨著調(diào)凝劑DIOR-B加量的增加，水泥漿稠化時間變長，但其40-100Bc所經(jīng)過的時間較短，僅為3-5min之間。根據(jù)現(xiàn)場固井施工的要求，通過調(diào)整DIOR-B的加量來設計滿足固井施工要求的稠化時間，根據(jù)大慶油田三次加密調(diào)整井的實際情況，DIOR-B的加量為水量的3-6%。

2.3 水泥漿流變性能評價試驗

三次加密調(diào)整小井眼固井要求水泥漿在具有良好穩(wěn)定性的同時應具有良好的流變性，據(jù)此開發(fā)研制了復合流變調(diào)解劑DIOR-C，其能夠有效地提高水泥漿的懸浮力，同時其剪切破壞力較低，具有越攪拌越稀的特點。

用哈爾濱A級水泥，水灰比W/C=0.44，DIOR-A的加量為4%，DIOR-B的加量為4%，結(jié)果見表3。

表3 DIOR-C流變調(diào)解劑的評價

注：當流變模式判別系數(shù)F=0.5±0.03時，選用賓漢模式，流變性能參數(shù)為塑性粘度ηp和動切應力τ；其他F值選用冪律模式，流變性能參數(shù)為流性指數(shù)n和稠度系數(shù)k。

DIOR-C的加入能提高水泥漿體系的穩(wěn)定性，當加量大于5%時游離液為0mL，其流變性能可以滿足三次加密調(diào)整小井眼固井要求。

2.4 常規(guī)性能評價試驗

通過速凝劑DIOR-A、調(diào)凝劑DIOR-B、流變調(diào)解劑DIOR-C等配套外加劑的研究，確定三次加密調(diào)整小井眼的水泥漿方案為：4.0%DIOR-A +4.0%DIOR-B + 5.0%DIOR-C；所用各外加劑均濕混于配漿水中，室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)見表4。

表4 常規(guī)性能試驗數(shù)據(jù)

初始稠度38℃×17.9MPa Bc 14 12 10 20稠化時間38℃×17.9MPa min/100Bc 40-100Bc經(jīng)過的時間 min 58 63 67 >90 3 3 4 34濾失量30min×7.0MPa —— —— 165 1120 8hr抗壓強度45℃×常壓MPa —— —— 6.2 2.7 24hr抗壓強度45℃×常壓MPa 24.6 22.3 21.1 20.2

DIOR固井水泥體系具有速凝早強、過渡時間短等特點，其8小時的抗壓強度是A級水泥的2倍以上，稠化時間40-100Bc所經(jīng)過的時間小于5min，呈直角稠化，能有效地提高水泥漿的防竄性能。

3 結(jié)論

（1）無過渡時間有機外加劑水泥漿體系DIOR是一種新型的無氯有機速凝體系，具有速凝早強、低滲、抗竄、防漏、過渡時間小于5min、零游離液、低摩阻等性能，可以滿足大慶油田三次加密調(diào)整小井眼固井質(zhì)量的要求。

（2）通過與現(xiàn)場所用泥漿的污染實驗表明，DIOR水泥漿體系與現(xiàn)行的調(diào)整井鉆井液有較好的相容性，能滿足現(xiàn)場施工的要求。