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大慶油田低密度低溫防竄水泥漿體系

文檔作者：侯力偉文檔來源：大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年02月26日
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第33卷第4期
2016年7月
鉆井液與完井液
DRILLING FLUID&amp;amp;COMPLETl0N FLUID
、，01．33 No．4
July 2016
doi：1 0．36968．issn．1 00 1-5620．20 1 6．04．0 1 6
大慶油田低密度低溫防竄水泥漿體系
侯力偉
(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶100142)
侯力偉．大慶油田低密度低溫防竄水泥漿體系[J】．鉆井液與完井液，2016，33(4)：79．82．
摘要針對大慶油田低溫淺層氣井長封段固井中，低密度水泥漿終凝時間長，膠凝強度發(fā)展緩慢，失水大，防竄性能差，
易產(chǎn)生環(huán)空氣竄及管外冒氣等現(xiàn)象，影響了固井質(zhì)量。研究了低密度低溫防竄水泥漿體系，采用復合型早強劑、聚丙烯酸
酯聚合物膠乳降失水劑、可分散聚合物膠粉防竄劑，改善低密度水泥漿綜合性能，在低溫條件下，凝結時間縮短了50％，
早期強度提高了46％，滲透率降低了50％，界面膠結強度提高了47％?，F(xiàn)場應用18口井，固井優(yōu)質(zhì)率提高了11．1％，管外
冒發(fā)生率降低了1．6％，低密度低溫防竄水泥漿體系能夠滿足固井施工作業(yè)要求，提高了低溫淺層長封井固井質(zhì)量。
關鍵詞低密度；復合型早強劑；防竄水泥漿；膠凝強度；固井質(zhì)量
中圖分類號：TE256．6 文獻標識碼：A 文章編號：1001．5620(2016)04．0079．04
Low Density Low Temperature Anti—Channeling Cement Slurry Used in Daqing oimeM
HOu Liwei
(Research Institute ofDrilling Engineering Technology,Daqing Drilling Engineering Corporation，
Daqing,Heilongiinng 1 634 1 3)
Abstract In commenting the long，low temperature wellbore with shallow gases in Daqing，the low density cementing slurries used
had long final setting time，slowly developing gel strengths，high filter loss，and poor anti-channeling performance．All these factors
contributed to channeling in annular spaces and bubbling outside the casing string，indicators of poor cementing job．In studying the
low density low temperature anti—channeling cement slurry,the cement slurry was treated with a compound early strength agent，a
polyacrylate filter loss reducer and a dispersible polymer anti-channeling agent，all being used to improve the overall performance of
the slm'ty．At low temperatures，the setting time was shortened by 50％，the early strength increased by 46％，permeability reduced by
50％，and the bond strength of the interface enhanced by 47％．The cement slurry formulation has been used in 1 8 wells，and 11．1％of
the cementing jobs were of excellent quality,bubbling outside the casing string was reduced by 1．6％．The use of the low density low
temperature anti—channeling cement slurry improved the quality of the cementing jobs．
Key words Low density；Compound early strength agent；Anti-channeling cement slurry；Gel strength；Cementing quality
大慶油田從北到南，存在淺氣層、氣頂氣層的
區(qū)塊較多，埋深在100～800 m之間，部分淺氣區(qū)
域內(nèi)已上竄至100 m以上井段，并且部分油水井
存在著易漏層、高壓層、淺氣層共存的問題?，在
鉆井過程中多次發(fā)生過井噴、管外冒等事故，為降
低鉆完井施工的風險和井控難度，采用低密度水泥
漿封固上部淺氣層。但使用低密度水泥漿時，在低
溫30℃以下，受到低密度水泥石凝結時間長，早
期強度發(fā)展緩慢、防竄性能差，界面膠結強度低
等因素的影響下[2-3]，低溫淺層固井質(zhì)量難以保證，
固井施工及后續(xù)作業(yè)中發(fā)生油氣水侵、管外冒事故
頻發(fā)。據(jù)統(tǒng)計，薩南區(qū)塊淺層氣井復雜發(fā)生率達到
26．3％，增加了安全和環(huán)境保護的壓力，影響了油
田生產(chǎn)開發(fā)。
為此研究了復合型早強劑，采用該早強劑能夠
縮短水泥漿的凝結時間，提高水泥石早期強度。采
基金項目：中國石油天然氣股份有限公司“重大鉆井技術集成配套與裝備現(xiàn)場試驗”(2014D．4410 o
作者簡介：侯力偉，工程師，工學學士，1979年生，現(xiàn)在從事鉆完井技術研究工作。電話(0459)4985582；E．mail
houliwei@cnpc．com．cn。
萬方數(shù)據(jù)
80 鉆井液與完井液2016年7月
用聚丙烯酸酯聚合物膠乳降失水劑，控制水泥漿失
水量，解決了低溫下降失水劑超緩凝問題；采用可
分散聚合物膠粉防竄劑，提高水泥石防竄性能，增
強水泥環(huán)界面膠結強度，提高淺氣層封隔能力，保
障固井質(zhì)量，預防固井后層間竄及管外冒發(fā)生[4-5]。
1 低密度低溫防竄水泥漿
1．1低密度水泥組成
根據(jù)大慶油田調(diào)整井地質(zhì)情況及鉆井設計要
求，采用1．60 g／cm3低密度水泥漿固井，利用外摻
料本身密度較低和部分減輕材料具有膠凝作用的特
性，實現(xiàn)了水泥漿的低密度，主要由粗微硅(粉煤
灰)、細微硅等組成[6】。
1．2低溫早強劑的研選
采用硅酸鹽與胺類有機物復合型早強劑，利
用多相加速、分散增溶原理，依靠每種組分含有不
同的官能團，提高水泥漿體的離子強度，增強堿性
漿體的活性強度和水泥中硫鋁酸鈣的數(shù)量，促使相
互交叉搭接形成水泥初期骨架，C—S—H凝膠和
其它水化產(chǎn)物不斷填充固化，使水泥的凝結時間縮
短，早期強度得到明顯提高【7】。通過自由排列組合
的方式，對早強劑進行復配，最終確定了早強劑配
方A：B：C：D=5：2：1：1。考察了該早強劑對
水泥漿基本性能的影響，結果見表1。由表1可知，
水泥石早期抗壓強度隨著早強劑的加量增加而增
大，加量5．5％時，抗壓強度提高了4．2 MPa；初
凝時間縮短至205 min，終凝時間縮短至35 min，
水泥漿性能穩(wěn)定，滿足施工要求。
表1 早強劑性能評價實驗數(shù)據(jù)表
注：抗壓強度實驗條件為10℃、24 h；凝結時間實驗
條件為27 qc。
1．3低溫降失水劑的研選
針對水泥漿在候凝中失水量大、水泥環(huán)體積收
縮誘發(fā)淺層氣外竄、低溫下降失水劑超緩凝等問題，
采用聚丙烯酸酯聚合物膠乳降失水劑，通過大分子
鏈共聚形成交聯(lián)網(wǎng)絡，將水泥漿自由水束縛起來，
控制水泥漿失水量，防止水泥環(huán)收縮。同時，利用
聚丙烯酸酯聚合物中的甲基丙烯酸中含有不飽和
鍵，與水泥凝膠相互連接搭橋，縮短硬化時間，避
免了低溫下降失水劑超緩凝。實驗以低溫早強劑加
量4．5％為基礎，結果見表2。由表2可知，隨著
降失水劑加量的增加，水泥漿的失水量明顯降低；
降失水劑對稠化時間和凝結時間影響不大，降失水
劑加量大于8％時，水泥漿的失水量小于50 mL，
低溫降失水劑與低溫早強劑具有良好的配伍性。
表2降失水劑加入低密度水泥漿的實驗數(shù)據(jù)表
注：稠化時間實驗條件為38℃、15．9 MPa；凝結時間
實驗條件為27 oC；失水量實驗條件為45℃、6．9MPa。
1．4低溫防竄劑的優(yōu)選
為了提高水泥石防竄性能，采用可分散聚合物
膠粉作為防竄劑，通過聚合物顆粒沉積作用和靜電
效應吸附在水泥顆粒表面，與水泥水化物黏結成包
裹狀的堅硬固體，改善水泥石的結構形態(tài)【5】，并在
水泥基質(zhì)材料微孑L隙中形成穩(wěn)定的高柔性和高彈性
聚合物防水膠膜，改善了水泥石的柔性和彈性，降
低了水泥石的滲透性，起到防竄的作用。同時，聚
合物膠粉中含有大量的聚乙烯醇，具有良好的黏結
性能，可改善水泥環(huán)界面過渡區(qū)結構，提高黏接強
度，改善弱界面現(xiàn)象[8-9]，提高淺氣層封隔能力。
在低溫早強劑加量為4．5％、降失水劑加量為
8％、防竄劑的加量為3％時，考察了不同溫度水
泥石滲透率、界面強度，結果見表3、表4。由表
3可知，在低溫下，低密度低溫防竄水泥石具有較
低的滲透率，與原漿相比，低密度低溫防竄水泥
漿滲透率降低了50％，有利于預防管外冒的發(fā)生。
由表4可知，低密度低溫防竄水泥漿體系具有較好
的界面膠結強度，與原漿相比，在27℃、48 h下
萬方數(shù)據(jù)
第33卷第4期侯力偉：大慶油田低密度低溫防竄水泥漿體系8l
一界面的膠結強度提高了47％，有利于提高低溫2 現(xiàn)場試驗
淺層封固質(zhì)量。
表3不同水泥漿體系在不同溫度下的滲透率
27℃滲透率／10。p_m2 45℃滲透率／lO一“m2 山0口蚰
／J＼U【l水
24 h 48 h 15 d 24 h 48 h 15 d
低密度原漿0．193 6 0．156 4 0．124 7 0．176 2 0．156 4 0．112 7
籌喜案羹篆。．。9s 6。．。ss 6。．。，s s 0．084 4 0．072 1 0．053 2
表4不同溫度下一界面膠結強度
配方巖樣至墮塑壁!竺二墨墮壁笙塑壁竺生
．
10℃、48 h 27℃、48 h 45℃、48 h
1．5低密度低溫防竄水泥漿評價
為滿足低溫淺層固井施工要求，考察了不同溫
度下，低密度低溫防竄水泥漿體系的常規(guī)性能，結
果見表5。由表5可知，該水泥漿在低溫下，基本
性能滿足固井施工要求，與原漿相比，具有較高的
早期強度，27℃、8 h的抗壓強度提高了50％；具
有較快的凝結時間，凝結時間降低了46％；具有
較低的失水量，有利于提高低溫淺層井固井質(zhì)量。
表5不同溫度下低密度低溫防竄水泥漿體系常規(guī)性能
2．1試驗區(qū)概況及地質(zhì)難點
葡南區(qū)塊斷層發(fā)育，有50余條，斷距為
10～50 m；油層有效孑L隙度為23．5％，有效滲透
率為47×10‘3“m2；高壓層層位集中分布在葡一
組，最高壓力系數(shù)達1．71；最低破裂壓力系數(shù)為
1．27～1．38，以往完鉆25口井，管外冒4口，發(fā)
生率為16％。
新站油田注水開發(fā)層位為黑帝廟和葡萄花2套
油層，葡萄花油層為異常高壓油層，黑帝廟、嫩二
段發(fā)育天然氣層，葡萄花層油氣比高，易氣侵；由
于葡萄花層儲層物性差，高壓注水，導致葡萄花油
層裂縫開啟，油層整體地層壓力高，易發(fā)生油氣
侵；黑、葡油層破裂壓力低，最低破裂壓力系數(shù)為
1．20,-,1．44，易發(fā)生井漏。該區(qū)塊鉆完井過程中壓
穩(wěn)與防漏矛盾突出，易發(fā)生復雜(油氣水侵、漏失
等)，給固井帶來難度。
2．2現(xiàn)場試驗情況
低溫防竄水泥漿體系在復雜疑難井進行現(xiàn)場試
驗，現(xiàn)場應用18口井，固井優(yōu)質(zhì)率為72．2％，合格
率為100％，應用井無管外冒情況發(fā)生。與常規(guī)對
比井相比，固井優(yōu)質(zhì)率提高了11．1％，管外冒發(fā)生
率降低了1．6％。例如：葡110井完鉆井深為l 0101TI，
上部應用低密度低溫防竄水泥漿封固淺層，下部應
用低溫防竄水泥漿原漿【1 0’1l】，封固高壓油層，固井
質(zhì)量見圖1。由此可以看出，固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)，無管
外冒情況發(fā)生。通過現(xiàn)場試驗，低密度低溫防竄水
泥漿體系能夠有效防止低溫下環(huán)空氣竄和管外冒的
發(fā)生，提高固井質(zhì)量。
——■——■■■●■——●—■—■■I I———III If一
0 ^5Il ’．
萬方數(shù)據(jù)
82 鉆井液與完井液2016年7月
3 結論
1．采用理論分析及實驗方法研選出的硅酸鹽與
胺類有機物復合型早強劑、聚丙烯酸酯聚合物膠乳
降失水劑、可分散聚合物膠粉防竄劑，確定了低密
度低溫防竄水泥漿體系的配方。
2．低密度低溫防竄水泥漿體系，在低溫環(huán)境下，
具有凝結時間短，早期強度高，滲透率低，界面膠
結強度高等特點，滿足低溫淺層長封固井要求。
3．通過現(xiàn)場試驗表明，低密度低溫防竄水泥漿
體系能提高高壓層固井質(zhì)量，預防淺層氣井固井后
發(fā)生管外冒。
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(收稿日期2016．04．18；HGF=1604C2；編輯王超)

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