大慶深層氣井防竄水泥漿固井技術研究

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1、大慶深層氣井防竄水泥漿固井技術研究大慶深層氣井防竄水泥漿固井技術研究楊勇摘要：針對大慶深井固井現(xiàn)狀，研制出防氣竄增韌水泥漿體系，提出與之配套的固井工藝技術。性能評價試驗結果表明，該水泥漿體系防氣竄性能良好，抗沖擊功有顯著提高?，F(xiàn)場應用表明，采用該水泥漿體系并結合配套固井方案成功地解決了水泥漿因凝固失重及壓裂帶來的氣竄問題，固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)。關鍵詞：防氣竄，增韌，固井，水泥漿大慶深層氣井井深一般在3150～5500m之間，固井封固段長、地溫梯度高，還需要對氣層進行試氣、壓裂等作業(yè)，這就對水泥漿性能及固井施

2、工有了更高的要求，必須保證全井段封固質(zhì)量良好。目前大慶深層氣井固井質(zhì)量并不十分理想，2005年以來，相繼發(fā)生了升深8井、升深2-17井、徐深10井在試氣前發(fā)生環(huán)空竄氣問題，徐深901井在壓裂后出現(xiàn)環(huán)空竄氣現(xiàn)象，影響了油氣測試和產(chǎn)能建設。針對大慶深層氣井存在的氣竄問題，優(yōu)選出高溫防氣竄水泥外加劑及抗高溫韌性填充材料，提高了水泥漿的防氣竄能力、水泥石的韌性及抗沖擊能力，并提出與之相配套的氣井固井方案技術，實現(xiàn)了提高大慶深層氣井固井工程質(zhì)量的目標。1大慶深層氣井固井水泥漿體系研究1.1高溫防氣竄增韌水泥漿

3、體系應滿足的條件（1）水泥漿可泵性好，密度控制在1.90g/cm3，流動度大于220mm；（2）水泥漿的稠化時間可調(diào)，過渡時間小于15min；（3）水泥漿具有較小的濾失量，失水量小于100ml/30min·6.9MPa；（4）抗壓強度（48h×20.7MPa×180℃）大于25MPa；（5）水泥漿處于失重狀態(tài)時，水泥基質(zhì)滲透性低，內(nèi)部阻力大，能抵御氣體的竄入；（6）抗沖擊韌性好，沖擊功比常規(guī)水泥石提高20%以上。1.2高溫防氣竄外加劑的選擇根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有外加劑的性能、使用狀況及大慶深層氣井鉆井完井的

4、特點、環(huán)空氣竄的特性，經(jīng)過大量室內(nèi)試驗及分析對比，考慮采用丁苯膠乳作為防氣竄水泥漿的外加劑比較合適。丁苯膠乳由無數(shù)橡膠粒子組成，隨著水泥水化溫度的升高，橡膠粒子與水分子、水泥中的SiO2、SO2形成了氫鍵、氧橋、和硫橋，構成了網(wǎng)架結構，聚結了比其它水泥外加劑高的能量，抗高溫性得到提高。橡膠粒子堵塞和充填于水泥顆粒之間，在一定壓差作用下聚結形成比較致密的硬膠餅，阻止水泥漿的失水，降低水泥石的滲透率，增大了氣體進入水泥石的阻力。丁苯膠乳在水泥水化期間產(chǎn)生的絮凝物在水泥基質(zhì)中聚結起來形成抑制滲透的膠乳膜，

5、能防止氣體侵入水泥漿柱。丁苯膠乳水泥在配制后一直保持低膠凝強度狀態(tài)，充分傳遞水泥漿的液柱壓力，隨著時間的推移和溫度的升高，膠凝強度迅速發(fā)展到240Pa，形成直角膠凝，彌補了因水泥漿失重而產(chǎn)生的壓力降低，達到防氣竄的目的。1.3增韌材料的選擇為了更好地滿足慶深氣田氣井固井的要求，在篩選了丁苯膠乳作為防氣竄外加劑的基礎上，根據(jù)超混復合材料原理，還選用了DZF-1作為防氣竄水泥漿的增韌材料，來減小在射孔、壓裂等作業(yè)產(chǎn)生的沖擊載荷作用下，水泥石中初始微裂紋的迅速擴展與應力集中，防止形成大裂紋、裂縫而造成氣體

6、竄槽。DZF-1是一種以低彈礦物纖維為主體的多種不同成分纖維的混合物，具有較高的抗拉強度，能對水泥石中缺陷的裂紋尖端應力場形成屏蔽，從而提高水泥石的斷裂韌性和抗沖擊性能。DZF-1與其他外加劑配伍性好，摻入DZF-1的水泥漿具有較好的相容性和較高的粘附性，能夠形成高強度的水泥石。1.4大慶深層氣井固井防氣竄增韌水泥漿性能評價根據(jù)大慶深層氣井固井對水泥漿性能的要求，在室內(nèi)進行了大量的配方篩選工作，確定了適用于大慶深層氣井固井的水泥漿配方，通過實驗證明篩選的高溫防氣竄增韌水泥漿能有效防止環(huán)空的氣竄，保證

7、氣層的封隔質(zhì)量。1.4.1大慶深層氣井固井水泥漿的主要性能表1大慶深層氣井固井水泥漿主要性能密度g/cm3流動度mm濾失量ml/30min·6.9MPa稠化時間min/150℃·90MPa穩(wěn)定性g/cm3游離液ml48h抗壓強度MPa稠度系數(shù)Pa·Sn流性指數(shù)1.90245363580.01038.70.3160.8181.4.2水泥漿防氣竄性評價采用水泥漿性能系數(shù)SPN來評價氣竄，SPN值反映了水泥漿濾失量及水泥漿凝固過程阻力變化系數(shù)對防氣竄的影響，其計算式為：（1）式中：Q為API失水量，ml；

8、t100、t30分別為稠度達到30和100Bc的時間，min。SPN值評價水泥漿防氣竄性能的標準為：0≤SPN≤3，防氣竄性能好；3＜SPN≤6，防氣竄性能中等；SPN＞6，防氣竄性能差。由水泥漿性能系數(shù)公式可以看出，稠化過渡時間越短，失水量越小，SPN值越小，防氣竄的能力越強。防氣竄增韌水泥漿的SPN值如表2所示。由表2可知，該水泥漿體系具有良好的防氣竄性能，配合其他的防竄措施，能滿足固井時防竄的要求。表2防氣竄增韌水泥漿的SPN值項目失水量/mlt30/mint1