水平井固井外加剂的选择

水平井固井外加剂的选择
【摘要】由于钻遇地层构造的复杂多变给固井工作带来许多新问题，因此，首先要充分了解工作地段的地层特点和有关地质、钻井资料，并据此进行外加剂的选择和水泥浆配方设计。

本文主要探讨水平井固井外加剂的选择。

【关键词】水平井固井外加剂选择
外加剂只能改变水泥浆的物理性质而不能改变其化学成分。

水泥浆只不过是外加剂的载体。

通常加量超过5%（bwoc）者称外掺料，低于此者称外加剂。

这些外加剂或外掺料与水和水泥之间的物理化学作用是非常复杂的，我们不知道，也很难知道，一般也不需要知道。

但是，一定要知道这些外加剂对各级油井水泥的适应性和它们之间的相容性。

另外，为了降低成本，在不降低其设计标准的前提下，尽量少加或不加，能用廉价的，不用昂贵的[1]。

1 根据井况和地层特点选择水泥和外加剂
通常可将井况概括为如下几种情况。

（1）浅井、低温井。

某些高寒地区的井温低到0℃以下，水泥难以凝结、硬化，这种情况下需要选择促凝和早强的水泥浆体系。

（2）深井或超深井。

井深可达6000～7000m，井温高达200或250”c，水泥浆在此条件下，迅速凝结硬化，水泥石结构变疏松，渗透率增大，同时因高温下水化硅酸钙等结构改变致使水泥石抗压强度陡降。

针对此种状况，必须选择耐高温水泥浆体系。

通常考虑选用硅粉、微硅耐高温退化水泥体系，并选择高温稳定性好的缓凝
剂及与之相容性好的分散剂、降失水剂等外加剂。

同时根据固井施工对水泥浆密度的要求，可选择相宜的加重剂。

（3）热采井，如稠油注蒸汽开发井。

热采井与深井不同之处是：热采井的井深不一定很深，注水泥时的井温也可能并不高，但要求固井后水泥环要耐受高温蒸汽（320～350℃）注入下，水泥石抗高温强度退化性能良好，保证油井正常生产，延长油井寿命。

对此，最好选用微硅水泥体系，再根据井深、井温等条件，选择配套的外加剂体系，完成水泥浆设计。

（4）易漏失井段，如孔隙发育地区、软弱地层、洞缝地层等。

为解决漏失问题，应考虑低密度水泥、触变水泥、超细水泥、非渗透水泥、膨胀水泥等体系。

（5）易窜井段，如水窜、气窜等。

这类井段，应考虑选择防气窜膨胀水泥、非渗透水泥、触变水泥体系。

（6）盐敏、水敏井段。

对于穿越盐岩的井段应选择含盐水泥浆及与之配套的外加剂体系（耐盐外加剂）；对于水敏岩层（如页岩层），则存在如何抑制页岩膨胀问题，因此应选择页岩抑制剂、早强剂等水泥浆体系。

（7）与欠平衡钻井配套的近平衡固井技术，则选择低密、早强水泥浆体系。

（8）小井眼井。

小井眼井固井，由于水泥环环空窄小，对于水泥浆胶体稳定性、流变性有特殊要求。

水泥浆应该是无游离液，低失水，对水泥浆性能、界面胶结状况等均有严格要求；水泥石应具
有良好的抗压、抗震性能（弹塑性好），水泥石与套管、地层的胶结强度高[2]。

为此，根据不同井深、井温等条件进行水泥体系（包括外掺料）和外加剂的配套设计。

对于深井、中深井的小井眼固井，可选择胶乳水泥（或复合胶乳）、纤维水泥、微硅水泥、膨胀水泥等特种水泥体系，并选择与之配套的外加剂进行水泥浆设计。

2 选择外加剂时应选用配套的外加剂体系
由于不同类别的外加剂之间存在相容性问题，在水泥浆配方设计时，往往要作大量的试验工作，为提高效率，最好选用配套的外加剂体系（对于外加剂生产厂家，也应该推出系列化产品）。

对于特殊井或无配套外加剂供应时，应逐一进行外加剂配套，筛选试验。

由于地层、井况对固：井的特殊要求，在多数情况下需对外加剂进行筛选试验，对所用外加剂，特别是复合体系的成分要尽量搞清楚，以避免其中某些敏感成分对水泥浆性能可能产生的负面影响。

在选择缓凝剂时，应尽量避免使用敏感或反常凝结的缓凝剂（如酒石酸）。

对高温深井可选用本章前述的各种合成或改性的缓凝剂或复合缓凝剂体系。

对于降失水剂，可以选用降失水性能稳定、高效，对水泥浆性能无不良影响（如增稠、缓凝或促凝等现象）的降失水剂，以及与之配套的缓凝剂、分散剂等外加剂。

通常降失水剂对分散剂、缓凝剂配伍性方面选择性较强，故最好用配套体系，或自行进行配套试验。

对于分散剂，可根据使用温度范围选择与其它外加剂相容性好的分散剂。

对于消泡剂，可选用消泡性能好并有抑泡效
果的消泡剂[3]。

由于油井水泥外加剂多数都是先与水混合，继之再与水泥混合，这就要发生物理化学作用。

一般来说，无机外加剂大多是电解质，其作用主要是改变水化产物的溶解速度，进而改变保护膜的稳定性和渗透性；而有机外加剂主要是与水泥组分作用，也可能与水化产物作用，形成保护膜或改变结晶习性。

不管怎样，配制的水泥浆必须在顶替期间具有所要求的物理性能（稠化时间、流变性和滤失量等）。

把外加剂加到水中必须遵循一定的混合顺序，以设计最佳化学动力学、溶解性、离子化作用和作用效力等[4]。

此外，如前述应用特殊地层井况的特种水泥体系，也存在外加剂配套问题，如：浅井、低温井，在重点解决促凝、早强的同时，必须考虑与分散剂等外加剂相容的问题。

再如，超深井的高温分散剂和高温缓凝剂、降失水剂相容配套问题等等均需作大量的试验工作。

3 结论
总之，外加剂的选择应用与水泥浆配套设计是一件十分复杂细致的工作，各油田应根据所钻地层、井况特点，分区块进行固井水泥和外加剂筛选配套工作积累资料，逐步完善，切实做到方便生产、安全可靠。

由于油井水泥外加剂品种更新很快，因此，对于新型外加剂（包括外掺料）的开发应用，应持积极、科学的态度，要详细掌握新产品的组成，综合性能，仔细做好水泥浆设计工作，安全下井。

参考文献
[1] 武永波，王旭光，李世梅，戴建文.大庆油田抗高温水泥浆体系室内研究[j].钻井液与完井液，2011（01）：102-103
[2] 邱燮和，田中雨.胶乳水泥浆在普光气田的应用[j].钻井液与完井液，2011（01）：98-99
[3] 于永金，靳建洲，齐奉忠，刘硕琼，袁进平.抗高温抗盐降失水剂drf-100l的研制及性能评价[j].钻井液与完井液，2011（02）：56-57
[4] 戴建文.抗200℃高温水泥浆体系的研制[j].钻井液与完井液，2011（03）：116-117。