苯丙胶乳水泥浆防气窜效果与失重规律分析
不同养护条件对胶结界面抗气窜强度的影响规律
不同养护条件对胶结界面抗气窜强度的影响规律杨振杰;齐斌;别尔哈森;陈道元;石凤岐【期刊名称】《钻井液与完井液》【年(卷),期】2009(026)001【摘要】设计了水浴、空气和先空气后水浴等3种养护条件,利用自行研制的胶结界面抗气窜强度实验仪,研究了不同养护条件对固井胶结界面抗气窜强度的影响规律.试验结果表明:对于相同的水泥浆体系,在含水保水的养护条件下,胶结界面的抗气窜强度较高,耐久性好;而在无水或缺水的养护条件下胶结界面的抗气窜强度很低,即使延长养护时间,界面强度仍然不会提高;胶乳防气窜水泥浆只有在含水的环境中养护才能发挥作用,而在缺水的条件下其抗气窜强度还不如油井水泥净浆;缺水状态会破坏天然气井固井水泥环的界面胶结强度并引起抗气窜强度的降低,是天然气井投产后发生气窜的一个重要原因之一.该结果对研究新的天然气井防气窜理论和方法有重要的启示和指导意义.【总页数】3页(P35-37)【作者】杨振杰;齐斌;别尔哈森;陈道元;石凤岐【作者单位】西安石油大学石油工程学院,西安;西安石油大学石油工程学院,西安;西安石油大学石油工程学院,西安;中原石油勘探局固井工程处,河南清丰;中原石油勘探局固井工程处,河南清丰【正文语种】中文【中图分类】TE256.7【相关文献】1.-3℃养护条件下不同龄期引气混凝土强度及渗透性试验规律研究 [J], 张瑞稳;王起才;张戎令;代金鹏;张凯;王云天2.不同温(湿)度养护条件下的路面混凝土强度发展及其规律初探 [J], 吴国超;黄薛殿3.养护条件对于胶结充填强度特性影响研究 [J], 王勇;杨新华;崔浩;宁能才4.不同钻井液对固井二界面胶结强度的影响 [J], 钟沛;刘浩亚;杨亚馨;邹玉兰;张辉;顾军5.-3℃养护条件下引气混凝土胶结强度与冻结强度增长规律研究 [J], 张瑞稳;王起才;张戎令;代金鹏;张凯因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
胶乳水泥浆在复杂井固井中的应用效果分析
胶乳水泥浆在复杂井固井中的应用效果分析胶乳水泥浆在复杂井固井中的应用效果分析摘要：近年来，石油行业的不断发展，对井固井提出了更高的要求。
复杂井作为难点和重点，在井固井中造成了很多难题。
本文主要研究胶乳水泥浆在复杂井固井中的应用效果，并进行分析和说明。
经过实验和现场应用，胶乳水泥浆的使用既可以提高井壁稳定性，也可以减少漏失难问题，在复杂井固井中具有较好的应用效果。
关键词：胶乳水泥浆；复杂井；井固井；应用效果；分析Introduction随着石油行业的快速发展，油井数也在不断地增加。
其中，还包括了越来越多复杂井的钻探和开发。
复杂井作为其中的难点和重点，在井固井过程中，往往会造成重重难题。
因此，井固井的技术及其应用也就越来越受到重视。
在众多的井固井技术中，胶乳水泥浆作为一种新兴技术，其优越的性能在井固井中得到了广泛的应用。
本文就是基于这种新型井固井技术，对胶乳水泥浆在复杂井固井中的应用效果进行系统的分析和研究。
胶乳水泥浆的基本构成及性能1、基本构成：胶乳水泥浆是一种由水泥、甲基羟基乙基纤维素(MHEC)、分散剂、缓凝剂和胶体等组成的复合材料。
2、性能：胶乳水泥浆具有高强度、高粘度、高塑性、高耐候性、低温防冻性能等优点，可以适应复杂各种储层的要求。
复杂井在井固井过程中存在的问题1、井壁不稳定：由于复杂井型状复杂、地表环境的影响等，井壁不稳定是困扰井固井工程师的一大难题。
2、漏失难问题：复杂井地层的复杂性，导致井底漏失难问题的严重性，会直接影响到能源资源的获取和保护。
胶乳水泥浆在复杂井固井中的应用效果1、提高井壁稳定性实践证明，胶乳水泥浆的极佳粘度和抗侵蚀性能，可以提高井壁的稳定性，减少事故的发生。
2、减少漏失难问题采用胶乳水泥浆作为井固井材料，在封堵漏失难问题方面具有很好的效果。
其能够在注入深度稳固的堵漏材料的同时减少了漏失漏失难问题。
结论通过对胶乳水泥浆在复杂井固井中的应用效果进行了深入的探究研究，可以发现，胶乳水泥浆的使用是一种非常值得信任的井固井技术。
新型苯丙胶乳水泥浆体系的室内研究
新型苯丙胶乳水泥浆体系的室内研究汪晓静;孔祥明;曾敏;徐春虎;赵志恒【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2014(000)002【摘要】为提高苯丙胶乳的适用温度，满足高温固井的需求，以苯乙烯、丙烯酸丁酯、功能单体等为原料，合成了一种新型耐高温苯丙胶乳GR ，并进行了500kg的放大生产。
室内评价了GR苯丙胶乳水泥浆体系的高温降滤失性、流变性、防气窜性能、稳定性和综合性能，对比了GR小样产品与中试产品的性能，论述了苯丙胶乳GR的作用机理。
结果表明：GR苯丙胶乳水泥浆的滤失量可以控制在50 mL以下，耐温能力达到150℃；GR苯丙胶乳水泥浆具有良好的流变性、直角稠化、防气窜性能以及稳定性等特点，另外中试生产的苯丙胶乳的性能与室内小样产品均保持一致。
综合分析认为，GR苯丙胶乳水泥浆可以满足150℃以下高温固井的要求。
【总页数】5页(P80-84)【作者】汪晓静;孔祥明;曾敏;徐春虎;赵志恒【作者单位】中国石化石油工程技术研究院，北京100101;清华大学土木工程系，北京 100084;中国石化石油工程技术研究院，北京 100101;中国石化石油工程技术研究院，北京 100101;中国石油大学北京石油工程学院，北京 102249【正文语种】中文【中图分类】TE256【相关文献】1.耐盐胶乳水泥浆体系的室内研究 [J], 曾建国;孙富全;李鹏晓;刘爱萍;高永会2.新型抗高温苯丙胶乳的室内研究 [J], 汪晓静;王其春;刘伟;徐春虎3.新型承压堵漏水泥浆体系的室内研究 [J], 吕斌;侯力伟;王克诚4.聚合物胶乳水泥浆体系鼓包现象的室内研究 [J], 李望军;周成裕;陆永伟;廖易波;黄强5.巴斯夫提高丁苯胶乳和苯丙胶乳聚合物产品的价格 [J], 李振远因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
新型抗高温苯丙胶乳的室内研究
第一作者 简介 ： 汪晓静 ， 工程师， 硕士 ， 毕业 于南京工业大学材料学院材 料学专业， 现在主要从 事固井外加剂的研 究。地址
北京市朝阳 区北辰东路 ８号北辰 时代大厦 ５ ２ ０室 ；邮政编码 １ ０ ０ １ ０ １；电话 （ ０ １ ０）８ ４ ９ ８ ８ ２ ８ ５； Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｗｘ ｊ ２ ４ ６ ｗｘ ｊ ＠ｓ ｉ ｎ ａ ． ｃ ｏ ｍ。
胺． ２ ． 甲基 丙磺 酸 （ Ａ ＭＰ Ｓ ） 、甲基丙 烯 酸羟 乙酯 ２ ． １ 苯丙胶乳 改性机理 （ Ｈ Ｅ ＭＡ） 、甲基丙烯酸二 甲基氨基乙酯 （ Ｄ ＭＡ Ｍ） 、 ２ 一 丙烯酰胺 ． ２ ． 甲基丙磺 酸 （ Ａ ＭＰ Ｓ ）内含 有
基金项 目 ：国家科技重大专项课题 “ 海相油气井固井完井技术”（ ２ ０ １ １ Ｚ Ｘ ０ ５ ０ ０ ５ — ０ ０ ６ — ０ ４） 。
第３ ０卷 第 ６ 期
汪晓静等：新型抗高温苯丙胶乳的室内 研究
４ ９
磺酸基 团和羧酸基团等水化能力较强的基 团，通过 物 ，通过测定水泥浆的表观黏度和降失水性能 （ 实
静 电与 水 泥颗 粒 相互 作 用 吸 附 ，表 现 出很 好 的抗 盐 稳定 性 ，抗 酸 碱及 热 稳 定性 。甲基 丙烯 酸 二 甲基 氨 基 乙酯（ Ｄ ＭＡ Ｍ） 内含有 大 量酯基 、 氨基 等极 性基 团 ，
验数据 见表 ２ ） ，确定 了改性单体 的最佳配 比。 由
乳 对 水 泥 浆 的高 温 失 水 量 和 表 观 黏 度 有 很 大 的影 响 ，因此 ， 将 Ａ ＭＰ Ｓ 、Ｈ Ｅ ＭＡ、ＤＭＡ Ｍ 的 比例 定 为 来自１ ． ２ 实验仪器
高温 高压 失水 仪 、胶凝 强 度分 析 仪 、六 速旋 转
固井水泥浆防气窜性能评价方法研究的开题报告
固井水泥浆防气窜性能评价方法研究的开题报告1. 研究背景固井水泥浆是油气井固井施工中的关键材料之一，其重要作用是固定套管和保护地层。
固井水泥浆在固井过程中会受到各种力学、化学和环境因素的影响，其中之一就是气窜现象。
气窜是指固井水泥浆在充填套管过程中，由于压力和密度不足以抵抗地层内高压气体的作用，导致固井水泥浆中出现气体通道，从而影响固井效果。
因此，固井水泥浆的防气窜性能是评价固井质量的重要指标之一。
2. 研究目的本文旨在研究固井水泥浆防气窜性能评价方法，包括实验室模拟和场地试验两种方法，从而提高固井水泥浆的施工质量和效果。
3. 研究内容本研究的主要内容包括：（1）固井水泥浆防气窜性能的定义和测量指标：分析气窜现象的原因和影响因素，确定固井水泥浆的防气窜性能测量指标和方法。
（2）实验室模拟方法：建立固井水泥浆防气窜性能测试的实验方法和条件，并进行实验数据处理和分析。
（3）场地试验方法：根据实际固井施工需要，设计相应场地试验方案，并进行数据采集和分析。
（4）结果分析与讨论：综合实验室模拟和场地试验数据，分析固井水泥浆防气窜性能的影响因素，提出优化措施和建议，提高固井质量和效果。
4. 研究意义本研究将为固井水泥浆防气窜性能的评价方法提供新思路和理论基础，为固井施工质量的提高和保障地层环境的安全提供技术支持和指导，具有重要的应用和推广价值。
5. 研究方法本研究采用实验室模拟和场地试验相结合的方法，对固井水泥浆的防气窜性能进行评价。
实验室模拟方法主要包括密度、压力、温度等因素的控制和气窜现象的模拟；场地试验方法则针对实际固井施工情况，通过固井水泥浆的注入和现场观察等手段，评估其防气窜性能。
最后，综合实验室模拟和场地试验结果，进行数据分析和讨论。
6. 预期成果预期成果包括固井水泥浆防气窜性能评价方法的建立和完善，以及在实验室和场地试验中所得到的数据和结果，为固井施工质量的提高和环境保护提供技术支持和指导。
油井水泥用胶乳的研究进展
油井水泥用胶乳的研究进展齐奔;杜滨;高雪晴;于倩倩;刘文明;付家文;孙勤亮;林志辉【摘要】胶乳实际上是一种乳化的聚合物体系,是直径为50 nm～200 nm的聚合物球形颗粒分散在黏稠的胶体体系中,再加入一定的表面活性剂以防止聚合物颗粒聚结而形成的.胶乳水泥因具有良好的抗折强度、渗透率低、失水小、抗腐蚀能力强等优点被广泛应用于油井固井中.一般合成胶乳采用两种方式进行,即在原浆上进行改性和直接从苯乙烯和丁二烯合成胶乳.胶乳水泥因其独特的优越性能被应用于深井固井、高压井固井、小尾管固井、调整井固井以及气井固井中.【期刊名称】《石油化工应用》【年(卷),期】2016(035)006【总页数】4页(P6-9)【关键词】胶乳;水泥;防气窜;韧性;非渗透性【作者】齐奔;杜滨;高雪晴;于倩倩;刘文明;付家文;孙勤亮;林志辉【作者单位】渤海钻探第二固井公司,天津 300280;渤海钻探第二固井公司,天津300280;渤海钻探第二固井公司,天津 300280;渤海钻探第二固井公司,天津300280;渤海钻探第二固井公司,天津 300280;渤海钻探第二固井公司,天津300280;渤海钻探第二固井公司,天津 300280;渤海钻探第二固井公司,天津300280【正文语种】中文【中图分类】TE256.6胶乳水泥浆具有优异的防气窜和降失水等综合性能，而且胶乳水泥石可显著提高水泥的胶结强度、抗折强度和弹塑性能。
因而，最近20年来，对油井水泥用胶乳进行了大量的工作。
归纳起来，胶乳用于油井水泥具有以下优点：（1）胶乳水泥有很好的弹性和较高的抗折强度，减少了射孔对水泥环的损坏程度；（2）胶乳水泥作为非渗透水泥体系，一方面降低了水泥浆的失水，另一方面增加了水泥浆的防窜能力；（3）由于胶乳水泥具有不渗透性和致密性，因而提高了水泥石的抗硫化氢、二氧化碳等酸性气体腐蚀的能力。
胶乳是通过乳液聚合而成的一种聚合物悬浮状混合物，直径一般分布在50 nm～500 nm，聚合物球形颗粒周围充满了一定的表面活性剂以稳定胶乳。
固井水泥浆防气窜性能评价方法研究
摘要固井后水泥浆环空发生气窜是当前固井工艺技术存在的三大技术问题之一。
至今仍是国内外固井界未能很好解决的问题。
据估计，大约25%的完井过程中存在着气窜。
固井后环空发生气窜将损坏储层，影响油井自然产能，对油气田开发后续作业造成不利影响，即使采用挤水泥等补救工艺也很难奏效，严重时将导致油气井报废，浪费资源。
自上世纪60年代以来，国内外对固井后环空气窜机理、预测方法及防气窜技术方法进行了大量的系统研究，设想客观、准确评价水泥浆的防气窜能力，但还未能从根本上解决固井后环空气窜技术问题，因此气窜的有关成因及防窜措施值得进一步研究和探索。
本文试图分析油井水泥浆发生气窜的原因，进一步主要了解国内外固井水泥浆防气窜性能评价方法以及它的计算式，深入了解美国千德乐公司开发的5265型静胶凝强度分析仪的工作原理，通过此仪器的一个常规水泥浆试验案例来了解一般水泥浆体系的静胶凝强度发展规律，结果表明，温度、压力、稠化时间在水泥浆静胶凝强度的发展过程中的影响比较明显，而水泥浆的失水量和密度对于水泥浆静胶凝强度的发展的影响作用并不是非常的明显。
之后在实例数据的基础之上，利用数理统计的方法，建立了水泥浆静胶凝强度的计算模型，为了方便计算水泥浆静胶凝强度，并将其应用于气窜的预测，最后本文结合了水泥浆有效液柱压力计算方法和水泥浆气侵阻力计算方法，从决定气窜发生与否的压力平衡关系出发，设计了水泥浆静胶凝强度预测以及防气窜评价程序，为以后油气井防气窜工作提供科学的依据，从而提高油气田开发的经济效益。
关键词：气窜，静胶凝强度，水泥浆失重，评价方法，固井质量AbstractAfter cementing cement annulus gas channeling is one of the three major technical problems of current cementing technology,and this problem is still not well resolved at home and abroad .According to estimates, there are gas channeling in the completion process of about 25%. The annular gas channeling after cementing will damage the reservoir, influence natural productivity of oil wells; and adverse impact on oil and gas field development and subsequent operations; even if the use of cement squeeze, remedial process is also very difficult, which will lead to waste of resources ,even if abandon of oil well.Since 60's n last century, domestic and foreign do a lot of system study to the annular channeling of cementing mechanism, forecasting and preventing gas channeling techniques , How to evaluate the gas-channeling prevention performance of cement slurry objectively and accurately,it is still a question can not resolved perfectly for the cement industry at home and abroad , therefore the causes and channeling prevention measures is worthy of further study and exploration.This paper tries to analyze the reason of oil well cement slurry gas channeling, To further understand the cement slurry anti-gas channeling performance evaluation methods and its calculation method.Mainly from the conventional cement slurry static analysis method of gel experiment，The results show that the influence of temperature, pressure, the development process, the thickening time of static gel strength in cement slurry are obviously.The effect of cement slurry filtration rate and density effects on the development of static gel strength of cement slurry is not very obvious,Then on the basis of the experimental data, using the methods of mathematical statistics, established the calculation model of static gel strength of cement paste.In order to facilitate the calculation of cement slurry gel strength, it was applied to predict the gas channeling.This paper combines the cement slurry effective fluid column pressure calculation method and cement slurry gas cutting resistance, from the gas migration balance relationship of cement slurry, the static gel strength prediction and gas channeling evaluation procedure for oil and gas wells, gaschanneling prevention work provided scientific basis, so as to improve the development of oil and gas fields economic benefit.Key words：Gas channeling，Slurry Weight Loss，Static gel strength，Evaluation method，Cementing quality目录1 前言 (1)1.1 研究气窜的目的及意义 (1)1.2 气窜研究历程以及国内外研究进展 (1)1.3 国内固井水泥浆防气窜技术与国外的差距 (3)1.4 本文的主要工作 (4)1.5 本文的主要思想 (5)2 水泥浆防气窜性能评价方法 (6)2.1 气窜的途径 (6)2.2 气窜的机理分析 (6)2.3 防气窜性能评价方法 (9)2.3.1 平衡压力法 (9)2.3.2 气窜潜力系数法(GFP) (10)2.3.3 水泥浆性能系数法（SPN） (11)2.3.4 修正的水泥浆性能系数法(SPNx) (12)2.3.5 水泥浆性能响应系数法（SRN） (13)2.3.6 胶凝失水系数法（GELFL） (14)2.3.7 综合因子法(CCGM) (14)2.3.8 阻力系数法 (16)2.4 防气窜评价方法存在的问题 (17)2.5 本章小结 (18)3 水泥浆防气窜性能评价实验模型 (19)3.1 水泥浆静胶凝强度的概念 (19)3.2 水泥浆静胶凝强度理论 (20)3.3 静胶凝强度测量装置及原理 (20)3.3.1 静凝胶强度测量装置 (20)3.3.2 静凝胶强度测量装置工作原理 (22)3.4 实验模型案例 (22)3.4.1 常规水泥浆的配方 (23)3.4.2 温度对常规水泥浆体系静胶凝强度的影响 (23)3.4.3 压力对常规水泥浆体系静胶凝强度的影响 (24)3.4.4 稠化时间对常规水泥浆体系静胶凝强度的影响 (26)3.4.5 失水量对常规水泥浆体系静胶凝强度的影响 (27)3.4.6 密度对常规水泥浆体系静胶凝强度的影响 (29)3.5 本章小结 (31)4 水泥浆防气窜性能评价数值模型 (32)4.1 多元线性回归模型 (32)4.2 影响因素相关性评判方法 (33)4.3 影响因素综合分析案例 (35)4.3.1 常规水泥浆直线段的数据回归 (35)4.3.2 常规水泥浆曲线段的数据回归 (37)4.3.3 建立的静凝胶强度的的数值模型 (40)4.4 数值模型的验证 (41)4.5 本章小结 (42)5 设计气窜评价软件模型 (43)5.1 设计模型的功能简介 (43)5.2 设计模型的数值计算式 (43)5.2.1 评价气窜的力学平衡方程式及其导出式 (43)5.2.2 常规水泥浆静胶凝强度的数学模型 (45)5.3 设计模型的思路 (46)5.4 设计模型的使用说明 (46)5.4.1 输出结果分析 (46)5.4.2 气窜评价模型流程图 (47)5.4.3 界面设计 (48)5.5 本章小结 (50)6 结论及建议 (51)参考文献 (54)1前言1.1研究气窜的目的及意义固井后环空气窜是指在注水泥结束后,在水泥浆由液态转化为固态过程中,水泥浆难以保持对气层的压力或由于水泥浆窜槽等原因造成胶结质量不好,气层气体窜入水泥石基体,或进入水泥与套管或水泥与井壁之间的间隙中造成层间互窜甚至窜入井口。
水泥浆防窜性能评价实验研究
* 收稿日期：2020-10-15
作者简介：毛平（1987-），女（汉族），湖北襄阳人，
助理工程师，
现从事完井技术科研项目工作。
96
2.2
2021 年第 7 期
西部探矿工程
降失水剂对水泥浆体系抗窜能力的影响分析
水化膜，并能形成空间网状结构，通过保持体系稳定性
成膜降失水剂是使用硼酸、硼砂等无机物和 PVA
余丰源,蒋代华,李圣会, 等.同位素示踪技术在土壤硒素转
化中的应用及硒素植物有效性研究进展[J].湖北农业科学,
2020,59(7):11-15.
刘靳,涂耀仁,段艳平, 等.Cu 同位素示踪技术应用于环境领
域的研究进展[J].环境保护科学,2020,46(2):85-92.
韩振华,张燕飞,梁文涛, 等.同位素示踪技术于草地生态水
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注：1#配方：水泥+成膜降失水剂+消泡剂；2#配方：水泥+共聚物降失水剂+促凝剂+消泡剂；3#配方：水泥+纤维素降失水剂+促凝
剂+分散剂+消泡剂。
从表 2 中的水泥浆启动压力可知，当水泥浆的静凝
实验仪器和方法
主要实验仪器
常压稠化仪、高温高压失水仪、瓦林搅拌器、水泥
浆静胶凝强度分析仪均为 Qiandele 公司仪器。
水泥为 G 级水泥，聚合物类、纤维素类、成膜类降
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苯丙胶乳水泥浆防气窜效果与失重规律分析陆沛青;桑来玉;谢少艾;高元;张佳滢;康旭亮【摘要】During the WOC of cement slurry, gas channeling in the annulus caused by its weight loss is one of the important factors leading to the sustained casing pressure (SCP). Understanding the weight loss modes and law of cement slurry is an important way to prevent gas intrusion in the annulus. Taking the styrene-acrylic latex anti-gas channeling cement slurry system as the research object, the weight loss test of cement slurry was carried out by means of pressure conduction precision measuring device, and the pressure change data of cement slurry under different latex dosage, temperature, gas pressure and simulated wellbore depth were measured, and the anti-gas channeling effect evaluation and weight loss law analysis were carried out. The test found that the styrene-acrylic latex could still effectively prevent gas channeling when the gas-bearing formation pressure (18 kPa) was higher than the bottom pressure of slurry column (12-16 kPa). In this case, the pressure dropped rapidly after this system formed a thixotropic or gelled structure. As the hydration reaction went on, the pressure decreased slowly, then the pressure of cement slurry dropped rapidly again before the thickening, and the dangerous time of gas channeling should appear near the first inflection point. Based on the research results, the anti-gas channeling performance of cement slurry could be evaluated to select the anti-gas channeling cement slurry system suitable for high-pressure gas wells, and such results could provide testbasis for the establishment of cement slurry weight loss prediction model.%水泥浆候凝期间,因其失重引发的环空气窜,是导致气井环空带压的重要因素之一,掌握水泥浆失重模式与规律,是预防环空气侵的重要基础.以苯丙胶乳防气窜水泥浆为研究对象,采用压力传导精确测量装置进行了水泥浆失重试验,测量了不同胶乳加量、温度、气压、模拟井筒深度等条件下水泥浆浆柱压力的变化,进行了防气窜效果评价与失重规律分析.试验发现:在气层压力(18kPa)高于底部浆柱压力(12～16kPa)的情况下,苯丙胶乳水泥浆依然可有效防止气窜;水泥浆形成触变或胶凝结构后压力快速降低,随着水化反应进行压力缓慢降低,稠化前压力再次加速下降,而气窜应出现在第一拐点附近.基于该研究成果,可对水泥浆的防气窜性能进行评价,以优选出适合高压气井的防气窜水泥浆,并为建立水泥浆失重预测模型提供试验基础.【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2019(047)001【总页数】7页(P52-58)【关键词】固井;防气窜;胶乳水泥浆;失重试验;失重模式;失重规律【作者】陆沛青;桑来玉;谢少艾;高元;张佳滢;康旭亮【作者单位】页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京 100101;中国石化石油工程技术研究院,北京 100101;页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京 100101;中国石化石油工程技术研究院,北京 100101;中石化石油机械股份有限公司,湖北武汉 434014;页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京100101;中国石化石油工程技术研究院,北京 100101;油气资源与探测国家重点实验室(中国石油大学(北京)),北京 102249;页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京 100101;中国石化石油工程技术研究院,北京 100101【正文语种】中文【中图分类】TE256+.7在固井过程中水泥浆候凝期间，因水泥浆失重引起的井底有效浆柱压力下降，是导致气井环空带压的重要因素之一[1]。
认识水泥浆失重模式与失重规律，是预防环空气侵的重要基础。
由于现场试验干扰因素较多且数据样本有限，因此大型物理模拟试验成为研究水泥浆失重规律以及建立失重预测模型的主要方法。
前人针对水泥浆失重问题已开展了大量的试验研究工作：G. Carter和R. A. Crook等人[2-3]发现气体不仅可以通过水泥环第一、二胶结界面的薄弱处侵入环空，也可以在水泥浆候凝期间穿透水泥浆胶凝结构形成气窜。
自此，由水泥浆失重引发的早期气窜现象开始引起重视，陆续开展了针对水泥浆静胶凝强度[4-6]、滤失量[7]、沉降稳定性[8-9]、体积收缩[10-11]，大斜度及水平井等因素对失重影响的机理研究等[12]。
研究发现，影响水泥浆失重的因素复杂多样。
目前普遍接受的观点是，井壁悬挂与体积收缩是导致水泥浆失重的2大主要因素[13]。
但是，上述失重研究的对象主要集中于水泥净浆，针对特殊水泥浆，特别是防气窜水泥浆的试验研究相对较少，对失重模式与规律的认识还不够清楚。
为此，笔者以苯丙胶乳水泥浆为研究对象，利用自主设计的水泥浆压力传导精确测量装置，实时测量了不同试验条件（胶乳加量、温度、气层压力以及井筒深度）下，水泥浆有效液柱压力的变化，分析了苯丙胶乳水泥浆的防气窜效果与失重规律，以期为防气窜固井施工及建立水泥浆失重预测模型提供参考。
1 苯丙胶乳水泥浆配方及性能为有效提高水泥浆的防气窜能力，以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为功能单体进行改性，合成了一种用以防气窜固井的苯丙胶乳水泥添加剂[14]。
该胶乳为乳白色黏性液体，密度为1.05 kg/L，固相含量为40%，黏度为8.7 mPa·s，胶乳粒径为125 nm。
由于胶乳粒径远小于水泥颗粒粒径（20～74 μm），当其应用于水泥浆封闭气层时，随着水泥水化反应的进行，环绕水泥颗粒的水被消耗，胶乳局部固相体积分数升高，产生颗粒聚集，从而形成空间网络状非渗透薄膜，并填充于水泥颗粒空隙，避免环空发生窜流。
通过优化组合，确定苯丙胶乳水泥浆的基本配方为G级油井水泥+5.0%～ 20.0%苯丙胶乳+1.0%～2.0%胶乳稳定剂+0.1%～ 0.4%分散剂+44.0%水。
在不同苯丙胶乳加量下，苯丙胶乳水泥浆的综合性能见表1。
表1 苯丙胶乳防气窜水泥浆的综合性能Table1 Comprehensive performance of styrene-acrylic latex anti-gas channeling cement slurr苯丙胶乳加量，% 温度/℃ 流动度/cm 六速旋转黏度计读数流性指数稠度系数/（Pa·sn）滤失量/mL 析水量/mL 5.0 93 24 255/201/128/76/7/4 0.752 0.815 35 0 10.0 93 24 241/195/120/73/8/5 0.717 0.937 26 0 15.0 93 23 238/200/130/80/8/50.774 0.727 19 0 20.0 93 22 264/214/165/98/9/6 0.751 1.053 14 0从表1可以看出，苯丙胶乳对水泥浆流性指数的影响较小，但分析认为，苯丙胶乳可以完全分散于水泥浆中，使水泥浆保持良好的流变性和沉降稳定性。
同时，随着苯丙胶乳加量增大，具有弹性的胶乳粒子充分充填于水泥颗粒之间，不但可以明显降低水泥浆的滤失量，还可以降低水泥石的渗透率，因此苯丙胶乳可在不影响水泥浆性能的前提下，提高水泥浆的防气窜性能。
目前，该苯丙胶乳水泥浆已在川东北、顺南[15]和顺北等地区复杂工况下的防气窜固井施工中广泛应用。
2 失重试验方法2.1 试验装置为进行苯丙胶乳水泥浆失重试验，设计了一套水泥浆压力传导精确测量装置，如图1所示。
该装置主要由5大系统组成，分别为模拟井筒、加热及温度控制系统、压力及压差测量系统、出口计量系统和注入系统。
1）模拟井筒：水泥环内径为50.0 mm、长度为1 000.0 mm，井筒上设有4个压力测点（由下至上编号为1#—4#，间距20 cm），用以测量不同深度处的压力变化；测点上设有橡胶薄膜套，可以兼作隔离器使用。
2）加热及温度控制系统由硅橡胶加热套、温度控制仪及温度传感器组成，控温范围在10～100 ℃，控温精度为0.5 ℃。
3）压力及压差测量系统：传感器量程为0.6 MPa，精度0.25% FS（FS为full scale，意即满量程）。
4）出口计量系统由气液分离器、高精度电子天平（精度为0.000 1 g）、干燥器和微量气体流量计组成。
5）注入系统控制气源压力，由氮气源、调压阀等组成。
图1 水泥浆压力传导精确测量装置的结构Fig. 1 Structure of cement slurry pressure conduction precision measuring device利用该装置，可以模拟不同温度及气窜压力条件下水泥浆候凝早期阶段全井筒（1#—4#测点）有效浆柱压力的变化，评价水泥浆早期防气窜效果。