固井水泥浆技术体系探讨

固井水泥浆技术体系探讨

作者：沈广明

来源：《中国新技术新产品》2013年第12期

摘要：随着钻井技术的不断发展以及油田的勘探开发的持续深入，探井和生产井的深度不断增加，深井面临着深、多、长以及高等高难度的挑战。深，指的是产层埋藏的比较深，井深一般都在5000米以上；多，指的是显示的层位多，一个井眼有许多个压力体系，多个的油、气、水、等等；长，指的是裸眼井段比较长，在长的裸眼中，井下的复杂层多；高，指的是井的温度高，压力高，腐蚀性的介质在高温、高压的情况下活性比较高。深井固井不仅要有相应的机制以及相应的工艺，同时还要有高性能的水泥浆体系来配套，在国际，高温井段的固井费用一般都是要比常规井段的价格要高出几倍甚至是几十倍，所以这也从另一方面给反映出来了复杂井体固井的难度和风险性。

关键词：固井水泥浆；技术体系；深气井固井

中图分类号：TE25 文献标识码：A

固井水泥浆体系的设计出了要满足一般的固井性能要求，还应该老驴温度，体系的稳定性、水泥石的高温的稳定性等等。保证在任何情况下都能顺利的实施和以及固井的质量。同时要对弹性材料以及增韧材料进行严格的研究记忆优选，分析水泥浆外加剂以及外掺料的加量对水泥浆的各项性能的影响。

深层的气井的深度一般都在3450米到5500米之间，所以固井的封固断比较长、低温的梯度高，还要对气层进行试气、压裂等作业，这就要对水泥浆的性能和固井的施工提出了更高的要求，就是必须要保证全井段的封固的质量必须过关。但是现在国内的深层气井固井的质量不是特别理想，自2005年以来，相继发生了升深8井、徐深10井等在试气之前就发生环空窜气的问题，影响了油气的测试以及产能的建设。

1 常规的固井水泥浆的体系

中温的固井水泥浆体系的适用温度一般在小于或者等于120℃；高温的固井水泥浆体系的抗高温的性能十分优秀，适用的温度是不超过160℃；超高温的固井水泥浆体系抗高温的性能更加的突出，是目前比较少的使可控温度达到200℃的水泥浆体系，适用的温度一般都不超过200℃。这中体系适用在淡水的水泥浆固井，同时也可以用于矿化度比较高的水泥浆固井；它可用于常规的一般条件的固井，同时也可以用于低密度、高密度的特殊条件的比较复杂的固井；应该具有优良的水泥浆体系性能，可以广泛的使用水泥浆体系；具有良好的可调控性、浆体的各个性能比较稳定。各种性能都非常容易调节的特点。

2 深层井固井水泥浆体系研究

（1）高温的防气窜增加韧性水泥浆体系应该满足的条件有：水泥浆的可泵性要好，密度一般都控制在1.93g/cm3，流动度大于230mm；水泥浆的稠化时间是可调整的，过滤的时间要小于15分钟；水泥浆要具有比较小的虑失量，失水量要小于102ml/30min·6.9MPa；抗压性要强，抗压性要大于25MPa；同时在水泥浆处于失重状态时，水泥基质渗透性要低，内部的阻力大，能抵挡住气体的窜入；抗冲击的韧性好，冲击功要比平常的水泥石提高百分之20以上。

（2）高温防气体窜外加剂的选择

根据国内国外已经有的外加剂的性能、使用状况以及深层气井的钻井以及完井的特点、环空气窜的特征，经过了大量的室内试验和大量的分析对比，考虑采用丁苯胶乳来作为防气窜水泥浆的外加剂是比较合适的。这个物质是由无数的微小的橡胶粒子组成的，随着水泥水化时温度的升高，橡胶分子与水分子、水泥中的化学物质形成氢键、氧桥、以及和硫桥，形成了网架状的结构，聚集了比其他类型水泥外加剂更高的能量，抗高温这个性能得到了提高。橡胶分子充填于水泥颗粒之间，在合适的压差作用下汇聚形成了比较致密的硬橡胶块，阻止了水泥浆失水，大大降低了水泥石的渗透率，增加了气体进入水泥石时的阻力。丁苯胶乳在水泥水化的时候会产生絮状的凝结物在水泥基质当中汇聚在一起形成了抑制渗透的胶乳膜，能够有效的防止气体侵入水泥浆柱。丁苯胶乳水泥在配置之后一直保持着低胶凝的强度状态，能够充分的传递水泥浆的液柱压力，并且能随着时间的推移以及温度的不断升高，充分的形成直角胶凝，充分弥补了因为水泥浆失重从而产生的压力的降低，达到防气窜的目的。

（3）增加韧性的材料的选择

为了能够更好的满足深气油井的固井要求，在除了丁苯胶乳作为防气窜的外加剂的情况下，依据超混复合材料的原理，同时还选用了DZF-1来作为增加韧性的材料，用来减少在射孔、压裂等等工作是产生的冲击载荷的作用下，水泥石当中的原始的细微裂缝的迅速的增大与应力的集中，防止形成大的裂纹和裂缝从而造成气体的窜槽。DZF-1这种材料是一种用低弹的矿物纤维作为主体同时又加入大量的不同成分的纤维混合物，具有比较高的抗拉性，能够对水泥石中的缺陷的裂痕尖端应力场产生屏蔽作用，从而来提高水泥石的抗断裂韧性以及抗冲击的性能，能够形成具有很高强度的水泥石。

（4）深层气油井固井防气窜增韧性水泥浆的评价

根据国内一些深层气油井对水泥浆的性能的要求，在室内进行了非常多的配方的筛选工作，最终确定了适用于深层气油井的水泥浆的最佳配方，通过大量的试验证明筛选的高温防气窜增加韧性的水泥浆能有效的防止环空气窜，能够很好的保证气层的封闭质量。

3 深气井固井的工艺技术

双极注水泥这种技术可以一次性的长封固井划分为两段比较短的封固段固井作业，比较适用于深井的封固井作业，能够有效的减少一次注水泥固井的施工的难度，能减低环空液柱的压

力，能够有效的减少固井中发生漏失的可能性。双极注水泥的方法可以分为淹没试的连续双极注入一剂间隔式的双极注水泥。淹没式连续双极注水泥注一级与二级之间是没有隔膜的，这是为了避免二级井眼钻井液的腐蚀，淹没式双击注入水泥在固井是一级水泥浆的量要尽量的少附加，同时一定要注入定量的缓凝前导水泥浆，用来方便打开双极箍以后水泥浆能够顺利的返出导地面；在一级冲洗液中加入一定量的稀释剂，能够有效的控制水泥浆的污染程度；同时还配套应用了内置的隔离液以及压胶塞液。

结语

1 防气窜的增加韧性的泥浆的失水量低，稠化过度的时间比较短，失重的时候基质的渗透率是比较低的，内部的阻力较大，防窜行能很好。

2 水泥石的可塑性比较高、脆性小，具有比较强的的抗冲击韧性，减小了井下工作是对水泥环的损坏。

3 在采用防气窜增加韧性的水泥浆以及配套的固井方案的技术，能够保证水泥浆在失重的情况下对气层的压稳，防止环空气窜的发生，解决了气井气窜这个难题，具有十分宽广的应用前景。

参考文献

[1]钻井手册（甲方）上册[M].北京：石油工业出版社，1990.

[2] 路俊刚，郭小阳，杨香艳等.胶乳水泥体系的室内研究[J].西部探矿工程，2002（2）：78-80.