高性能高密度水泥浆技术研究与应用

高性能高密度水泥浆技术研究与应用

刘俊

中石化西南石油工程有限公司固井分公司  四川省德阳市618000

摘要：近年来随着油气开发力度的加大，深井、高温高压井逐步增多，采用高密度水泥浆的井也逐步增加，对于固井质量的要求也日益提高。如今固井液技术随着时代发展而不断创新，满足了极大部分固井工程的技术需求，但是对于高压盐水层、高压油气层固井工程仍遇难题。本文论述了高密度固井液技术对于高压盐水层、高压气层固井工程中应用的重要意义，为高压盐水层、高压气层固井工程的发展提供积极的改进看法。

关键词：水泥浆；高密度；固井工艺；固井技术

引言

由于深井、超深井长封固段的固井在施工中存在超深、超高温、超缓凝、长封固段大温差、小间隙等的技术难题，而呈现了要求固井技术高和环节复杂多变的特点。而随着高密度固井液技术的不断进步，更好的解决了超缓凝问题，改善了井身的结构，有效的降低了固井成本，节省了材料费用，还保证了固井质量。为了更好的解决高密度水泥浆技术适应于复杂多变的固井环境，通过对高密度水泥浆的不断实验优化，研究出了密度为2.55g/cm3的高密度水泥浆，但是在实际的应用中很少用到超过2.55g/cm3的高密度水泥浆。本文将论述2.40g/cm3～2.55g/cm3之间的高密度水泥浆在高压油气水层固井的施工作业中的具体应用。

1某勘探井的固工程应用

本次勘测井中遇到的参数详细内容为，该勘测井为井深设计长达6766m的四开井，其高压盐水层分别在3862-3876m、3925-3828m处，折合地层当量密度为2.46g/cm3。在以漏失速度最高值为66.01m3/h，继续井钻到4035m的时候，施工技术人员发现了裂缝性漏失，并在发现后进行多次补救措施，但是都不能解决，之后对采用在原钻井液中加入复合随钻液堵漏材料进行封堵并成功。在整个勘测井钻井施工作业结束后，采用φ244.5mm技术套管进行下入对勘探井进行修复和巩固，在进行固井时，采用密度为2.50g/cm3的水泥浆，前置液采用乳化冲洗液和部分密度与钻井液前置液，保证了固井的安全和质量。

2水泥浆（高密度）体系设计

2.1水泥浆设计整体思路

为了满足高层水层固井施工中使用的超密度水泥浆的要求，在设计是要从高密度水泥浆体系的稳定性、流变性能、稠化时间性等综合因素考虑，在2.40g/cm3～2.55g/cm3之间中选择设计出合适的超密度水泥浆体系。针对于设计的高密度水泥浆体系满足于工程的需求的密度，需要对于其构成的外加剂和加重材料而来筛选，从而选择最佳的配置比例，并对配置好的水泥浆进行高密度水泥浆体系的实验，来保证其高密度水泥浆是满足于施工要求的预期需求的。

2.2水泥浆高性能判定

为了获得质量性能优良的水泥浆体系，从韧性、防窜性能两个方面研发高性能水泥浆体系。可以通过制作水泥防窜增韧剂，在水泥浆配制之前，添加好有机高分子材料从而提高其防窜性和增韧性，并添加纤维（高弹模纤维、钢纤维），利用纤维对载荷的传递，并根据实际情况，来对纤维材料表面进行改善，防止因不当导致的水泥浆的流动性受阻，影响其泵筑程度，通过调整纤维材料表面来促进在药剂中的分散，促进水泥浆的流动性。而依靠复合纤维和有机分子材料，可以防窜性和阻止裂缝扩展，具有一定的微膨胀性，能补偿因水泥浆（石）收缩，并产生体积微膨胀的新型药剂。就本此的固井作业来说，要求固井水泥的标准为：沉降平稳、强度高、弹韧性大、膨胀轻微、失水要低、析水为零等要求，结合与此，设计出了固井水泥浆体系方案。

2.3优选外加剂

为了满足高层水层固井施工中使用的超密度水泥浆的要求，在设计是要从超密度水泥浆体系的稳定性、流变性能、稠化时间性等综合因素考虑，选择适当的混凝土外加剂对于其质量也是非常重要，当前的外加剂包括：缓凝剂、调凝剂、塑性剂、膨胀剂、降失水剂等，而其中抗盐聚合物降水剂可以有效地降低水泥浆体的失水率，所以技术人员在选择抗盐聚合物降水剂，并根据饱和盐水、半饱和盐水水泥浆来制定其具体的外加剂量，在进行高密度水泥浆体系调配时，都要控制其失水量在50ml之下的前提下，来选择降失水剂。

2.4优选加重材料

高密度水泥浆设计中加重材料的选择至关重要，而加重材料主要包括了重晶石、钛铁矿、赤铁矿、铁粉等其他的材料，由于每一种的作用时不一样的，所以在选择时要根据其作业的高密度水泥浆体系的需求来确定。而其设计人员根据含杂量、加重剂量、外加剂的显著性、流动性来进行选择，最终选择了赤铁矿(整体粒径中有85%为0.045mm，整体粒径中有97%为0.075mm)和还原铁粉（6.9和7.4g/cm3密度区间内，0.0100到0.145mm区间内）来进行高密度水泥浆配制中用到的加重材料。

2.5配置的高密度水泥浆体系性能试验

据上述论述选择好的外加剂和加重材料来进行水泥浆配制。技术人员配制出4种水泥浆的配制方案，来给其高密度水泥浆标注为A-D四种具体的配制方案如下：

（A）A版高密度水泥：ρ（2.40g/cm3）+水泥G级别+80.0%的级配加重材料+1%缓凝剂+1.5%分散剂+60%水+5%降失水剂

（B)B版高密度水泥：ρ（2.45g/cm3）+水泥G级别+100.0%的级配加重材料+1.3%缓凝剂+1.6%分散剂+55%水+6%降失水剂

（C)C版高密度水泥：ρ（2.50g/cm3）+水泥G级别+120.0%的级配加重材料+1.6%缓凝剂+1.8%分散剂+50%水+7.0%降失水剂

（D)D版高密度水泥：ρ（2.55g/cm3）+水泥G级别+130.0%的级配加重材料+1.9%缓凝剂+2.0%分散剂+45%水+8%降失水剂

之后经过对水泥浆测试从而得出实验为：A-D高密度水泥浆配制方案的性能和水泥流动性都很好，在半个小时内6.9Mpa条件下，其失水量都＜50毫升，在200分钟和299分钟的区间内，稠化时间可控，且其方案的流动性都大于22cm。针对于水泥浆沉降实验得出的数据为：A-D四种方案的水泥浆体系的上下密度差均≤0.02g/cm3，且A-D四种高密度水泥浆在48小时且温度在为105度的情况下，抗压强度大于7.8MPa。在48小时且温度在为135度的情况下，抗压强度大于14.01MPa。

3某勘探井高密度水泥浆固井施工及应用效果

施工的技术工根据设计的A-D四种方案高密度水泥浆，在经过测试数据得出的情况为:A-D四种高密度水泥浆体系各项性能都满足施工作业要求，在投入于施工的实际应用中，根据实际的情况对于该勘探井进行加固井施工设计。对于施工要求是在密度大于2.43g/cm3的前提下，对于固井使用的冲洗液、隔离液性能等进行调整，水泥浆密度择优选择2.50g/cm3,并提前设计好水泥浆、隔离液、保护液的液柱高度，保证施工整改过程中动态当量密度≤2.46/cm3，进而更好的降低施工作业中的漏失风险。在施工中要监督好工序流程，确保好水泥浆泵进过渡罐之后进行水泥浆入井作业的进行，这样更好保证好施工的质量，保证水泥浆密度的稳定性和固井质量。

结束语

综合上述分析得出，高密度水泥浆具有具高强度、高耐久性、高工作性等多方面(如体积稳定性等)的优越性能，而使用于高密度水泥浆在固井技术的应用，可以更好的稳定高压盐水层、高压油气层固井的质量，其技术的突破对于促进深井固井的施工作业都有着重要的意义。在具体进行配制高密度水泥浆体系中，技术人员要根据项目工程的实际情况和设计要求来进行配制体系，并与相应的固井工艺技术相结合，这样才能更好的保证好固井施工的质量和安全。

参考文献

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[2]高小波,王洪洲,代磊.高密度水泥浆固井技术探究[J].中国石油和化工标准与质量,2018,(021):182-183.