论水泥浆体系在水平井固井质量控制的应用

张天健， 寇国军

中国石油 川庆钻探工程有限公司井下作业公司， 四川成都 610000

摘要：水平井具有较长的水平段井身，其采油效率高，常用于非常规油田和老油田的开采中。区别于常规直井，其自井眼准备到固井工序的质量控制都十分重要，固井工序的质量控制又直接影响着原油开采。这次研究对固井水泥浆体系的特点进行了总结，并分层阐述了固井工序的质量控制要求，最后探讨了不同类型水泥浆体系在固井工序中的应用，希望能为实际工程提供一些借鉴。

关键词：水平井；固井；水泥浆体系；质量控制

1.引言

随着我国油气藏的开发与利用，其勘测和开发难度日益增加。现阶段，运用增产技术开发现有油田，能在一定程度上缓解油气资源的消耗。然而，低渗透类型油田的增加，使得直井开发技术效果逐渐疲乏。通过技术革新，提高单井产量，对于提升石油产业整体收益非常重要^[1]。与此同时，油气藏的勘探开发与钻井技术关系密切，在探井及生产难度提升的境况下，深入水平井研究至关重要。固井工序是衔接钻井和采油的关键一步，固井工程的质量控制在实际开发中，能提升有限资源的利用效率。这次研究探讨了水泥浆体系在水平井固井质量控制中的应用个，以期能为油气田资源开采提供一些指导。

2.水平井固井水泥浆体系及其特点

2.1常规的固井水泥浆体系

通常情况下，油气田固井工程中的水泥浆体系是指在常规温度下的固井技术要求，其中温在120℃以下，高温和超高温分别为160℃和200℃以下^[2]。随着温度升高，水泥浆体系的固井要求随之增加。水泥浆体系的抗高温性能越好，它在淡水、高矿化度，以及多密度条件下的适用性就越好。一般而言，常规的固井水泥浆体系即可满足应用需求，其不仅可调控性更好、浆体更稳定性，而且其具有明显的成本优势。因此，常规固井水泥浆体系得到了广泛应用。

2.2深层井固井水泥浆体系

对于深层井而言，不同条件下井的需求有所不同，因此水泥浆体系需要作出适应性调整。例如当温度较高时，井内气体流窜速度更快，这对水泥浆体系的稳定性提出了挑战^[3]。这种情况下，工作人员需要在水泥浆体系中加入掺加剂，以提高水泥浆体系的结构韧性。水泥浆体系的韧性要求意味着体系具有较好的可泵性，同时其密度、流动度较为合适，稠化时间短，且抗压性高，渗透性和滤失量低。有关研究显示，丁苯乳胶在提高水泥浆体系韧性上具有较好的效果，其氧桥、硫桥断键困难，因而能保证其高温下的稳定性。除此之外，胶乳外掺剂具有防腐蚀作用，从而对提升固井质量有所帮助。

2.3水平井固井水泥浆体系特点

从密度差异区分，可将水泥浆体系分为高密度类型和低密度类型。低密度水泥浆体系的强度高，流变性好，同时其滤失量低，具有良好的防窜能力和堵漏能力，适用于欠平衡固井体系中^[4]。高密度水泥浆体系需要控制粒径分布，其控制手段通常是添加超细球形加重剂，保证材料微观堆积紧密。若在体系内添加分散剂，则需要在控制高密度特性的基础上，保证其合理的失水量和流动性。实际应用显示，成本低廉的矿渣水泥浆体系可以代替水泥，它是一种胶凝材料，其加工来源是冶炼生铁的副产物。

3.水平井固井的质量要求

3.1固井要求

在水平井固井施工过程中，若发生偏离井下轨迹的情况，固井水泥环便能发挥其支护作用，减小套管进入过程中的纵向地层压力。若水泥井出现砂岩掉落、岩层渗透的问题，则需要及时革新固井技术，以免出现安全风险。通常情况下，水泥井固井需要满足一定的强度要求，这是为了支撑松动的岩层。在建造射孔时，由于水平井正常工作需要均匀环空，因此尽量以性能均一的水泥介质进行填充工作，以减小它的内应力^[5]。为了避免井段层间窜通，在进行产层的隔离和封闭操作，以及保证岩层渗透性时，需要严格控制工程质量。

3.2注水泥要求

粘度是钻井液选择的重要指标，在工程后期需要解决高角和岩屑问题，而且钻井过程中可能会出现岩屑床的情况，因此需要选择高粘度钻井液。在实际施工中，增强水泥浆体系的性能韧性同样重要，这一操作可以减少油、气、水的流窜，防止水泥浆凝固后出现的工程质量问题。除此之外，套管进入井段的过程与套管质量、井段轨迹、井身质量有关；实际过程中需要重视重力作用，它可能会导致套管偏向侧钻孔底层。

3.3水泥浆体系要求

现阶段的水泥浆体系大多是低密度体系，其从微观层面来看，固体离子堆积更为密集，拥有更高强度。水泥浆体系需要有较好的流变性，并控制其稠化时间。另外，要更好地发挥水泥浆体系的作用，还可以通过适宜的密度减轻材料，控制其早期高强度，降低其滤失量来达到目的。

4.水泥浆体系应用

4.1膨胀水泥浆体系在水平井固井中的应用

膨胀水泥浆体系是当前应用广泛的一种体系，它包含两种类型，分别是遇水膨胀类型和晶格膨胀类型。遇水膨胀类型是在体系中掺入遇水膨胀材料，利用其遇水体积增大的特性，通过控制水量来控制反应速率和体积增大程度，这种体系有良好的堵塞性能，可以有效防止液体流窜。晶格膨胀类型是以晶格膨胀剂补偿水泥体积的收缩部分，它的性能稳定，失水量少、流动性好，而且可以搭配外掺剂使用，是一种实用的工程材料。

4.2弹塑性水泥浆体系在水平固井中的应用

弹塑性水泥浆体系是以掺加复合材料的方式，增强水泥浆体系的韧性和强度。在致密砂岩储层的水平井固井工程中，其不仅要求水泥浆体系拥有良好的性能，而且需要其能承受大型压裂，具有高强度、抗冲击性能和耐久性，此时需要选择弹塑性水泥浆体系。这种类型的体系通常是以橡胶材料和纤维材料作为原材料，以弹性模量、强度作为测试项目，筛选出合适材料，对筛选材料进行表面活性处理，并经粉碎和球化后，进行复配^[6]。

4.3乳胶水泥浆体系在水平井固井中的应用

在水泥浆中添加乳胶材料，其在水化过程中可以形成化学键，提升其高压下的致密度度，防止气体流窜。另一方面，乳胶材料可以形成乳胶膜，抑制气体渗透。现阶段乳胶水泥浆体系在国内外的应用逐渐普及，其应用需要根据水平井固井需要进行选择。

5.结束语

总体来说，不同水泥浆体系的特点不同，而且油气藏特性各不相同，因此固井工程需要适应实际应用环境。另外，还需要结合水平井的层次特点，综合考虑其流变性、滤失量、体系密度等性能指标，以最适配的体系，保证水平井质量，提升油气田的开采效率。

参考文献

1. 赵兴.提高水平井固井质量关键技术探讨[J].西部探矿工程,2019,31(6):35-36.

2. 秦大伟,黄鹏,刘全稳,等.川西致密砂岩地层水平井固井技术研究[J].广东石油化工学院学报,2020(4):5-9.

3. 柳旭.提高页岩气水平井固井质量措施探讨[J].西部探矿工程,2020,v.32;No.287(03):101-102.

4. 白忠明.水平井固井技术现状及发展趋势探讨[J].西部探矿工程,2019,v.31;No.284(12):27-28+31.

5. 罗石琼.弹性水泥浆体系在临盘油田的研究与应用[J].科技视界,2019(14):155-156,160.

6. 张凯.蜀南地区页岩气水平井固井水泥浆的设计及应用[J].化工设计通讯,2019,v.45;No.207(09):270-271.