大庆深层气井防窜水泥浆固井技术研究

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1、大庆深层气井防窜水泥浆固井技术研究大庆深层气井防窜水泥浆固井技术研究杨勇摘要：针对大庆深井固井现状，研制出防气窜增韧水泥浆体系，提出与之配套的固井工艺技术。性能评价试验结果表明，该水泥浆体系防气窜性能良好，抗冲击功有显著提高。现场应用表明，采用该水泥浆体系并结合配套固井方案成功地解决了水泥浆因凝固失重及压裂带来的气窜问题，固井质量优质。关键词：防气窜，增韧，固井，水泥浆大庆深层气井井深一般在3150～5500m之间，固井封固段长、地温梯度高，还需要对气层进行试气、压裂等作业，这就对水泥浆性能及固井施

2、工有了更高的要求，必须保证全井段封固质量良好。目前大庆深层气井固井质量并不十分理想，2005年以来，相继发生了升深8井、升深2-17井、徐深10井在试气前发生环空窜气问题，徐深901井在压裂后出现环空窜气现象，影响了油气测试和产能建设。针对大庆深层气井存在的气窜问题，优选出高温防气窜水泥外加剂及抗高温韧性填充材料，提高了水泥浆的防气窜能力、水泥石的韧性及抗冲击能力，并提出与之相配套的气井固井方案技术，实现了提高大庆深层气井固井工程质量的目标。1大庆深层气井固井水泥浆体系研究1.1高温防气窜增韧水泥浆

3、体系应满足的条件（1）水泥浆可泵性好，密度控制在1.90g/cm3，流动度大于220mm；（2）水泥浆的稠化时间可调，过渡时间小于15min；（3）水泥浆具有较小的滤失量，失水量小于100ml/30min·6.9MPa；（4）抗压强度（48h×20.7MPa×180℃）大于25MPa；（5）水泥浆处于失重状态时，水泥基质渗透性低，内部阻力大，能抵御气体的窜入；（6）抗冲击韧性好，冲击功比常规水泥石提高20%以上。1.2高温防气窜外加剂的选择根据国内外现有外加剂的性能、使用状况及大庆深层气井钻井完井的

4、特点、环空气窜的特性，经过大量室内试验及分析对比，考虑采用丁苯胶乳作为防气窜水泥浆的外加剂比较合适。丁苯胶乳由无数橡胶粒子组成，随着水泥水化温度的升高，橡胶粒子与水分子、水泥中的SiO2、SO2形成了氢键、氧桥、和硫桥，构成了网架结构，聚结了比其它水泥外加剂高的能量，抗高温性得到提高。橡胶粒子堵塞和充填于水泥颗粒之间，在一定压差作用下聚结形成比较致密的硬胶饼，阻止水泥浆的失水，降低水泥石的渗透率，增大了气体进入水泥石的阻力。丁苯胶乳在水泥水化期间产生的絮凝物在水泥基质中聚结起来形成抑制渗透的胶乳膜，

5、能防止气体侵入水泥浆柱。丁苯胶乳水泥在配制后一直保持低胶凝强度状态，充分传递水泥浆的液柱压力，随着时间的推移和温度的升高，胶凝强度迅速发展到240Pa，形成直角胶凝，弥补了因水泥浆失重而产生的压力降低，达到防气窜的目的。1.3增韧材料的选择为了更好地满足庆深气田气井固井的要求，在筛选了丁苯胶乳作为防气窜外加剂的基础上，根据超混复合材料原理，还选用了DZF-1作为防气窜水泥浆的增韧材料，来减小在射孔、压裂等作业产生的冲击载荷作用下，水泥石中初始微裂纹的迅速扩展与应力集中，防止形成大裂纹、裂缝而造成气体

6、窜槽。DZF-1是一种以低弹矿物纤维为主体的多种不同成分纤维的混合物，具有较高的抗拉强度，能对水泥石中缺陷的裂纹尖端应力场形成屏蔽，从而提高水泥石的断裂韧性和抗冲击性能。DZF-1与其他外加剂配伍性好，掺入DZF-1的水泥浆具有较好的相容性和较高的粘附性，能够形成高强度的水泥石。1.4大庆深层气井固井防气窜增韧水泥浆性能评价根据大庆深层气井固井对水泥浆性能的要求，在室内进行了大量的配方筛选工作，确定了适用于大庆深层气井固井的水泥浆配方，通过实验证明筛选的高温防气窜增韧水泥浆能有效防止环空的气窜，保证

7、气层的封隔质量。1.4.1大庆深层气井固井水泥浆的主要性能表1大庆深层气井固井水泥浆主要性能密度g/cm3流动度mm滤失量ml/30min·6.9MPa稠化时间min/150℃·90MPa稳定性g/cm3游离液ml48h抗压强度MPa稠度系数Pa·Sn流性指数1.90245363580.01038.70.3160.8181.4.2水泥浆防气窜性评价采用水泥浆性能系数SPN来评价气窜，SPN值反映了水泥浆滤失量及水泥浆凝固过程阻力变化系数对防气窜的影响，其计算式为：（1）式中：Q为API失水量，ml；

8、t100、t30分别为稠度达到30和100Bc的时间，min。SPN值评价水泥浆防气窜性能的标准为：0≤SPN≤3，防气窜性能好；3＜SPN≤6，防气窜性能中等；SPN＞6，防气窜性能差。由水泥浆性能系数公式可以看出，稠化过渡时间越短，失水量越小，SPN值越小，防气窜的能力越强。防气窜增韧水泥浆的SPN值如表2所示。由表2可知，该水泥浆体系具有良好的防气窜性能，配合其他的防窜措施，能满足固井时防窜的要求。表2防气窜增韧水泥浆的SPN值项目失水量/mlt30/mint1