025防漏堵漏水泥浆固井技术

防漏堵漏水泥浆固井技术

王恩合周芝琴王学良王学成

（吐哈石油工程技术研究院）

摘要：漏失问题是吐哈固井遇到的最大难题之一，固井漏失事故频发，严重影响正常施工作业的进行。本文在室内研究的基础上，将特种纤维材料引入水泥浆体系中，通过室内评价，优选出防漏堵漏水泥浆体系，并形成与之配套的防漏堵漏固井工艺技术，以降低固井漏失几率，确保水泥返高达到设计要求，避免水泥低返而漏固油层进行的补救作业。此项技术为吐哈低承压层提供一套有效的固井防漏堵漏手段。

关键词：固井漏失防漏堵漏水泥浆固井质量

一、吐哈固井漏失情况分析

在勘探开发过程中，吐哈探区钻井遇到的最大难题之一是井下漏失问题，钻井漏失井固井时，如技术措施不妥当，固井施工过程中就会发生水泥浆漏失，造成水泥浆低返而达不到地质工程要求，油、气、水层不能有效封隔，层间流体互窜，无法进行正常的油气开采和酸化压裂等增产措施。更严重的是水泥浆大量进入产层，将会堵塞(或永久堵塞)油气通道，对油气层造成极大的损害，使油井产能降低，甚至导致油气井的报废。所以，在一定程度上说，漏失井固井的成败不但会影响油气井的产能，而且将关系到油气的开发和新油气田的发现。

吐哈油田井漏事故有分布广，频率高，个别井漏失量极大等特点，根据统计，吐哈井漏事故占钻井事故的40%以上，是最频发的钻井事故。2004年的胜火2井、沙试3井和温深1井分别漏失泥浆2493.4 m3、884m3、1091.4m3；2005年的萨东2、丘东29井分别漏失泥浆420m3、1920m3；2006年的勘探井红台18井堵漏12次，漏失泥浆2000m3。三塘湖油田井漏问题表现的尤其突出，固井施工漏失事故频频发生，共固井27井次，其中14井次在替浆过程中发生不同程度漏失，占总施工量的51.9%，水泥低返占35.29%。如此多的固井漏失事故严重制约了该地区勘探开发的进程。

二、技术思路及作用原理

1. 技术思路

解决固井漏失的思路通常是降低套管外环空当量密度，使其低于地层破裂压力，所采用的方法有低密度水泥浆固井、分级注水泥固井等。低密度水泥浆的固井方法用的较普遍，但低密度水泥浆的研究和应用存在诸多不足：水泥浆体系稳定性差，游离液含量大，失水量大，抗压强度较低，而且随着水泥浆密度的进一步降低，这种局限性越来越突出，对与后期酸化压裂等增产作业的可靠性降低；采用分级注水泥固井，施工工序复杂，对现场组织和设备要求高，施工风险较大，而且这两种方法固井都存在固井时间长、费用高的问题。

在水泥浆中加入纤维材料，利用纤维对载荷的传递，使水泥石内部缺陷的应力集中减少，通过纤维搭桥形成的网状屏蔽防漏结构提高地层的承压能力，对渗漏、诱导性漏失或压力系数低的较大漏失达到有效的防漏堵漏效果，设计具有较好防漏性能和韧性的水泥浆体系，并研究与之相应的固井工艺配套技术，解决固井过程中因漏失而造成的返高不够、固井质量差等问题，降低固井漏失的概率和固井风险，满足投产后的酸化压裂等增产作业，同时避免油气层因水泥浆漏失而造成的污染，达到保护油气层的目的，降低固井成本，节省因固井质量不合格而进行补救作业的费用，提高低压漏失井、严重漏失井的固井质量。

2. 作用原理

在通过地层漏失通道时，纤维在开口处形成网状结构，形成封堵漏失通道的基本骨架，水泥浆中的粗颗粒在通过网状结构时产生“架桥”，“架桥”后，漏失通道由大变小，由小变微，这时，防漏剂与水泥固相颗粒相互作用在压差下形成致密滤饼，从而完全消除井漏，达到堵漏的目的。

图1 图2

如图所示，图1为颗粒材料没有形成架桥，没有堵住漏失通道，图2为颗粒材料和纤维形成有效堆积，堵住漏失通道。

三、室内研究

1. 堵漏测试装置

用API泥浆桥接堵漏材料试验装置进行水泥浆堵漏性能测试时，用浆量大（需4000mL），安装、拆卸、清洗工作量大，试验起来很不方便。此外，该装置不能加热，只能测试常温下浆体的堵漏效果，无法模拟井下数千米深的温度条件。

在API水泥浆失水仪的基础上改造的一套堵漏测试装置，可以模拟渗透性和裂缝

性地层的漏失。该装置具有体积小、用浆量少、操作方便、可以加热等特点，适于推广应用。

图3 孔隙板

图6 水泥浆堵漏测试装置图图4 缝隙板

1-进气口 2-阀门 3-顶盖 4-活塞 5-工作筒 6-模块 7-支撑环 8-底盖 9-排液口 10-加热套

孔隙板缝隙板

孔直径1mm 缝宽0.5mm，缝长46mm 缝宽1mm，缝长46mm

孔个数90个缝条数1条

孔隙率3％缝隙率1％缝隙率2％注：板直径均为53.5mm，厚度均为6.4mm。

2. 堵漏实验

通过对各种堵漏材料进行优选，最终确定了两种油井水泥用堵漏外加剂，分别为F27A增韧防漏剂和BCE-200S+FL04S防漏剂，二者都为纤维材料，具有适宜的尺寸，表面经过亲水处理，在水泥浆中良好分散，形成网络结构。通过室内实验，设计堵漏水泥浆的配方，使之满足现场工艺的要求。

(1) 防漏剂加量的优选

防漏剂在水泥浆中的含量的多少影响水泥浆体系的其他性能，我们通过实验确定防漏剂最佳的含量范围。

在常规密度配方中加入不同量的F27A防漏剂做对比，研究防漏剂对水泥浆流变性、稠化时间、强度等性能的影响，配方如下：

天山G级水泥+降失水剂+减阻剂+防漏剂+50%水

从表2中可以看出，①随着F27A防漏剂的加量的增加，水泥浆的堵漏能力增强，在加量低于1.4%时，堵漏效果较差；②F27A防漏剂对水泥浆的流变性能影响较大，随着F27A防漏剂的加量的增加，减阻剂的加量大幅增加；③随着F27A防漏剂的加量的增加，水泥浆的稠化时间变长；④F27A防漏剂的加量对于水泥石的强度基本无影响。

(2) 常规密度水泥浆堵漏性能测试

表3 常规密度水泥浆动态堵漏试验及水泥浆性能（45℃）