低温防窜水泥浆体系的现场应用
现场泥浆使用与配置
现场泥浆使用1。
常用泥浆类型1.1。
不分散体系不分散体系包括开钻泥浆，钻孔自然造浆和其他经过稍加处理的体系，该体系不添加任何降粘剂和分散剂来分散粘土颗粒，通常用于开孔和浅孔作业。
1.2.分散体系分为细分散和粗分散细分散：粘土高度分散，粘土加NaCO3,使Ca粘土变为Na 粘土。
粗分散：指粘土颗粒在泥浆中高度分散，加入适当处理剂使泥浆适度絮凝。
这种泥浆我们使用的也只有钙处理泥浆,也就是石灰、石膏处理泥浆。
1。
3。
聚合物体系泥浆通常用高分子聚合物的絮凝作用封装钻屑、防止钻屑分散，以及覆在页岩上抑制页岩膨胀，还有增加流体粘度并减少流体滤失率。
常用聚合物包括:PAM、PAN、PV A、CMC和天然植物胶产品。
聚合物体系泥浆包括低固相泥浆、无固相泥浆.低固相泥浆低固体的固体总含量不能超出6％～10％（体积含量）的范围，粘土固体含量应控制在3％以下，钻屑和膨润土的比率低于2比1，典型的低固体系是采用聚合物添加剂作为增稠剂或膨润土增量剂，属不分散体系.固相含量％=（所测比重-1）＊2*100％无固相泥浆无固相泥浆是指泥浆中不含粘土颗粒.是以高分子聚合物为基础配制而成的水溶液，其主要成份为水、高分子聚合物及天然植物胶和少量无机盐组成。
这种泥浆也叫做第五代泥浆。
目前用作无固相泥浆的水溶性高分子聚合物主要哟普两种，即水解聚丙烯酰胺（PHP)及聚乙烯醇(PV A）。
聚乙烯醇的各项性能均优于聚丙烯酰胺，但价格昂贵.2.常用泥浆的配制2.1钙处理泥浆1立方泥浆:石灰为泥浆体积的0.3～～0。
5％栲胶碱液0。
5～1％烧碱浓度20％，调节PH值11左右石膏体系的pH值范围通常在9～10。
5之间，使用浓度为5。
7~11.4克/升（即钙离子浓度为600～1100毫克/升）. 石灰体系分两种典型类型：一是低浓度石灰体系为2.8～5。
8克/升，pH值范围通常在11～12之间。
一种是高浓度石灰体系，石灰的使用浓度为14。
3～42。
8之间。
深井及超深井固井技术应用简析
改善薄水泥环的力学性能以满足后期施工的要求。
5
有：
双层组合套管、特制套管（如特厚壁套管）。
（2）优选抗盐水泥浆体系。目前国内外在解决盐
结论
（1）在深井及超深井的固井过程中，保证良好的井
（1）防止盐膏层挤毁套管通常采用的套管柱结构
眼质量和掌握地层温度及压力梯度是固井施工的前提
目前该技术不断发展为解决压力敏感地层和窄压力窗
口条件下固井的有效技术手段。
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西部探矿工程
盐膏层固井技术应用
在深井及超深井固井施工的过程中，当进入海相
（1）采用新的井身结构或钻井工艺如钻后扩眼、随
钻扩眼等技术，增大环空间隙，改善流体流动通道；
地层以后，由于盐膏层的存在，对固井带来了一系列的
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西部探矿工程
深井及超深井固井技术应用简析
唐
炜*，
余
建，
宾国成
（中国石油川庆钻探工程公司井下作业公司，四川 成都 610052）
摘
要：近年来，随着勘探开发力度的加大，深井及超深井的数量日益增多，固井技术措施及水泥浆
体系一直是关注的重点。结合深井固井防气窜、压力敏感及窄安全密度窗口、盐膏层固井、小尺寸井
浆混配而成，不仅能增加孔隙压力，还具有微膨胀的特
同井深处的压力略高于地层压力，具体体现在施工过
性。
程中根据各类型流体在井筒内的位置和动压力的变化
2
压力敏感及窄安全密度窗口地区固井技术
深井及超深井地层条件复杂，在同一开次的井眼
条件下存在相对低压的易漏层，在固井作业注水泥过
不断调整井口压力，最终实现对地层的压稳和防漏。
泥浆在钻井中的使用一般原则及现场调配
泥浆在钻井中的使用一般原则及现场调配肖海龙【摘要】In Beijing area, the scattered fine mud system is predominant for the water well drilling mud. For a geothermal well with more complicated geological conditions, the scattered and ifne mud system is replaced bythe copolymer system, and the result reveals that the drilling mud plays an importance in drilling engineering. The drilling mud must be used to ensure the safety, efifcient, economic principles and should pay attentionto the technical requirements, stratigraphic lithology, ifeld equipment, drilling technology, hole diameter, depth and the well body design. This paper discussed each mud system in different strata such as loose backifll layer, Quaternary sand and gravel layer, Quaternary clay loam layer, complete bedrock stratum stability, water sensitive layer, leakage layer. Finally, the mud system must be matched with the strata lithology, and the mud system is a key for drilling.%北京地区生产水井钻井泥浆现状，还是以细分散泥浆体系为主的。
氮气膨胀水泥浆防窜固井技术的研究与应用
的温度 和水 泥浆 的 碱性 条 件 下 产 生 氮气 ， 匀 地 分 均
布 在水 泥浆 体 中 ， 在液 柱压 力作 用下 气泡 被压 缩 ， 积 累 了一 定 的能量 ， 能 量 在水 泥浆 液 柱 压 力 减 小 的 该
过程中， 逐渐 释放 ， 以平 衡 地 层 压 力 ； 同时 其 体 积 膨
氮气 膨 胀水 泥 浆 防 窜 固井技 术 的研 究 与应 用
王 野 杨振 杰 赵 秋 羽 周 丙部。 李振 河。 王 彬。
３华 北ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ油 田公 司 二 连 分 公 司 地 质 所 ， 蒙 古 锡 林 浩 特 ） ． 内 摘 要 固 井后 的环 空 窜 流会 严 重 影 响 产 能 评 价 、 水 效 果 和 油 气 井 产 量 。对 防 窜 机 理 进 行 了探 讨 。 研 制 开 发 注 出 了氮 气膨 胀 水 泥 浆体 系 ， 该 水 泥 浆体 系 中 ， 气 膨 胀 剂 由含 氮 有机 物 、 定 剂 和 惰 性 材 料 组 成 ， 入 井 下 后 ， 在 氮 稳 注 在
氮气 膨 胀 剂 由含 氮 有 机 物 、 定剂 和惰 性 材料 稳
组成 ， 一定 的温 度 和水 泥浆 的碱 性 条 件 下 开 始 发 在
由表 １可 以看 出 ， 胀 水 泥 在 ３ ℃下 性 能稳 膨 ８
定， 不发 气 ， 即使将 膨胀 剂 加 量 增 大 １倍 ， 泥 也 没 水 有 发 生 膨胀 ； ２ 时水 泥 开 始 产 生 轻微 膨 胀 ， 温 ５℃ 当
用 ， 窜 效果 明 显 。 防
关 键 词 固井 膨 胀 水 泥 浆 氮 气 防 窜 中 图 分 类 号 ： ２６ ６ ＴＥ ５ ． 文献标识码 ： Ａ
０ 引 言
固井 后 环 空窜 流 一 直是 影 响 产 能评 价 、 注水 效
长庆油田低密度水泥浆一次性上返全井封固技术措施
长庆油田低密度水泥浆一次性上返全井封固技术措施摘要：在长庆油田目前推行体积压裂产层改造工艺，对水泥石强度发展提出较高的要求。
根据甲方需求和环保要求，正注反挤工艺已经不允许作为常规固井手段使用，目前一次封固段长为2000-5000米。
目前长庆市场固井材料和施工价格一降再降，对于固井质量的要求却日趋严格，固井作为石油服务的关键环节，公司经营和生产压力巨大。
使用低密度水泥浆水泥浆一次性上返全井封固能够有效的节约成本，提高固井质量，减少后期补救费用。
主题词：低密度一次上返固井质量1前言目前公司使用的低密度水泥浆体系已经无法满足长庆油田的性能要求，主要表现在：①无法满足一次上返的液柱压力要求；②水泥石强度发展慢；③减轻剂等中低温的外加剂和外掺料用量大、价格较高，造成成本增加。
研发适应长庆地区的低密度水泥浆体系，通过节支降耗提升公司在长庆地区的技术竞争力已迫在眉睫。
通过一年来的攻关，完成了以下工作：一是利用紧密堆积理论进行了低密高强水泥浆充填材料各组分加量计算、颗粒材料优选、不同密度时的颗粒加量确定，形成了以水泥，3M玻璃微珠，粉煤灰，微硅四种颗粒的填充体系。
二是在大量实验调整和对比的基础上，依据测定的抗压强度、流变性、沉降稳定性，进行优选，获得最低密度1.25～1.38g/cm3的低密高强水泥浆体系。
三是进行了水泥浆的综合性能测定，对水泥石的强度发展、水泥石的长期稳定性和水泥石的渗透率进行了实验研究，各项性能指标全部满足预期要求和施工需要。
四是开展了提高低密高强水泥浆防漏堵漏材料的研究。
五是进行了现场混配工艺研究和现场试验。
2 井眼准备（1）通井1）严格执行通井制度，采用双扶通井，按打钻时排量循环洗井，确保井壁稳定、无沉砂、无阻卡；2）通井到底，彻底循环钻井液，注入封闭浆前使用携砂泥浆15-20方，循环一周以上，再在裸眼井段注入高质量的高温防卡防塌泥浆，粘度80-100S，至少封闭二叠系顶部以上100m；如裸眼段太长（4000米以上），应考虑分段注入封闭浆，但井底保证2000米以上封闭浆，二叠系必须全封闭；（2）下套管1）严格控制套管下放速度，易漏井段一般每根不少于45秒；2）下完套管后，小排量顶通，一个迟到周后逐渐提高排量至打钻时的排量并连续循环2周半以上方可施工，循环过程中必须1小时检测一次泥浆密度，粘度等参数，在性能均匀一致的前提下方可作业，否则继续循环调整；3）依据地层、井斜与井径变化合理设计扶正器安放位置及数量，在保证套管能顺利安全下入的前提下，裸眼段只采用铝合金螺旋刚性扶正器，前100米10根1个，100米以后15-20根一个，以提高套管居中度。
钻井用剂水泥浆
油井水泥浆是以水为连续相以水泥颗粒为分散相的高浓度的悬浮 体系，固含量（质量分数）最高可达70%，此悬浮体系的流变性和液相 的流变性有关，同时还与粒子间作用力有关。在加有外加剂的情况下， 水泥浆的液相是含有各种离子和外加剂的溶液。因此，其流变性与水相 差甚远。
水泥浆的固相含最是影响其密度的直接因素，而粒子间的相互作 用则主要取决于粒子表面电荷分布情况。
4．低分子化合物，如羟基羧酸
此类化合物具有很强的分散能力同时又是强缓凝剂。其中最典型 的是柠檬酸，它具有极好的抗盐耐温性能，故常用于盐水水泥浆体系和高 温固井作业作为分散剂和缓凝剂。
分散剂作用机理
油井水泥分散剂一般为表面活性剂，大体上可分为阴离子型、阳离子型 和非离子型，其主要作用机理为吸附分散作用。其微观机制，因分散剂分子 结构不同而存在一定差异。
低温易漏储气库固井技术的改进创新
5 创新“半程固井工艺”，解决水平井漏失难题结合水平井完井固井需求，开展了液压封隔器、分级箍等工具、水泥浆体系、施工工艺的研究，形成了针对储气库水平井完井需求的半程固井工艺。
“半程固井工艺”管串结构：旋转引鞋+168.3mm 筛管串+168.3mm ×177.8mm 变径短节+177.8mm 套管1根+177.8mm 遇油遇水膨胀封隔器+177.8mm 套管1根+177.8mm 遇油遇水膨胀封隔器+177.8mm 套管1根+177.8mm 盲板+177.8mm 套管1根+177.8mm 液压式管外封隔器+177.8mm 套管1根+177.8mm 液压式管外封隔器＋177.8mm 套管1根+分级注水泥器+177.8mm 套管串。
将遇油膨胀封隔器要求放置在泥岩段，用于防止泥岩坍塌，优选性能可靠的液压式管外封隔器安放在技术套管内，可承托35MPa 以上的液柱压力，保障封隔效果，通过分级箍实现上部177.8mm 套管段固井，合理匹配各工具间的工作压力，保障了两层套管间水泥的有效封固。
针对水平井完井存在漏失的情况，下套管前对漏失风险进行全面分析，制定对应措施，规避下套风险，通过封隔器试坐封，进行环空反排，确定环空液面高度，形成了创新版的半程固井工艺，解决了水平井完井固井的漏失难题。
6 优选高效防漏隔离液体系，提升地层承压能力采用堵漏隔离液，应用新型纳米堵漏技术，添加的纳米极性胶团在井下压差作用下形成致密的防漏膜，有效解决固井过程中的漏失情况，在密度与流变性能设计上，与钻井液、水泥浆形成密度梯度、流变梯度，提高固井顶替效率。
在使用长度的设计上，隔离液使用长度为500m ，增加隔离液与井壁的接触时间，提升堵漏性能，保障清洗效果。
同时隔离液中的纳米堵漏成份不会影响储层渗透性，避免堵漏材料对储气库后期注采产生影响。
7 研发韧性防窜水泥浆体系，提高水泥石全生命周期为满足储气库多轮注采对固井水泥石的要求，提升井筒质量完整性，保障水泥石的全生命周期，研发了新型的韧性防窜水泥浆体系(见表1，水泥浆密度为1.85～190g/cm 3)。
触变性水泥的评价方法及其应用
水泥浆的触变性是指搅拌后水泥浆变稀, 静止 后水泥浆变稠的特性。即水泥浆在一定剪切速率作 用下 , 视粘度随作用时间的延长而逐渐减小, 并趋于 某一定值 , 或当剪切作用停止后, 水泥浆的视粘度又 重新升高 , 但不一定按原来形状恢复的现象( 图 1) 。
切应力和动切力比后者高。两条流变曲线所形成的 滞后环面积 ( oci adod) 表示了流体的触变性大小。如 两条流变曲线重合 , 滞后环面积为零 , 该流体无触变 性。
- 1
( 4)
对于适合幂律模型的水泥浆, 则触变能的表达
可 以通 过测 定升 速或 降速 的流 变参 数 ( Gp1 、 S01 、 n 1 或 Gp2 、 S02 、 n 2) 及 C 600和 S600 , 计算水泥浆的 触变性。 C 600 = 1 022 s 力。 2. 静切力法 用特殊形状的叶片 , 在剪切速率接近零时 ( 约 1 ) , 测定水泥浆静止 10 s( 或 1 min) 和 10 m in, 浆
H2O
H2O
3CaO #
Al2 O3 #3CaSO 4#32H 2 O 上述反应的速度比硫酸钙半水化合物在水泥浆 中的反应要快得多。硫酸铝是一种很强的水泥促凝 剂 , 如果将 它单独加入水泥中 , 将会形 成一种很强 的、 不能转变的胶凝结构。体系中所含的硫酸亚铁, 是一种较弱的缓凝剂 , 它可抑制硫酸铝并在整个泵 送期间保持水泥浆的触变性。由于该体系的快速流 动 , 在水泥浆凝固后只形成很少的钙铝钒。因此 , 水 泥没有明显的膨胀 , 除非养护温度低于 38 e 。 ( 4) 用锆、 钇等过渡金属元素作交联剂的触变水 泥
3CaO # Al2O 3 #
第 21 卷第 2 期
天
然
气
工
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低温防窜水泥浆体系的现场应用
【摘要】针对低温固井技术难点以及大庆油田日益复杂的地质情况，根据界面增强、防窜等机理，开发研制适用循环温度为10-60℃的低温防窜水泥浆体系。
该体系适用于a级水泥、g级水泥、高强低密度水泥，界面胶结强度大于原浆2倍，抗窜压差大于5.0mpa。
应用井与同区块常规井相比，优质率提高15个百分点、管外冒发生率降低到2.0%以下（常规井管外冒发生率为15%以上）。
【关键词】低温防窜管外冒固井质量界面胶结抗窜性能
1 前言
低温下常规水泥浆体系存在着水化速度缓慢、早期强度低、界面胶结差、渗透率大等诸多弊端，而低温（<30℃）防窜外加剂及防窜水泥浆体系的缺乏，导致低温防窜问题是一直困扰固井界的技术难题。
大庆油田日趋复杂的地质情况，造成复杂区固井质量差、固井后管外冒等现象严重，尤其是地层压力异常（地层压力系数在2.18以上）、浅层气上窜（复杂区环空气窜比例高达30%以上）、固井后管外冒严重（复杂区管外冒发生率在10%以上）等问题。
低温防窜水泥浆体系，从水泥环本体、界面等多方面进行研究，为解决低温防窜问题、提高低温复杂井固井质量问题，提供有效的技术解决途径，为油田长期稳定、安全开发提供有力的技术支持。
2 低温防窜水泥浆体系的组成及性能2.1 水泥浆体系的组成
根据界面增强、防窜等机理，从改善界面过渡层结构、改变水泥各种水化产物生成量、加速水泥浆水化速度、缩短过渡时间等多个
方面开展研究，研制开发低温用配套外加剂，形成低温防窜水泥浆体系。
体系组成：包括多功能早强剂、低温用丁苯胶乳、多功能界面改性剂及多种辅剂。
2.2 水泥浆体系性能
水泥浆体系中的主剂具有独特的成膜机制、界面改性机制，通过合理的颗粒级配及分散增容、渗透、吸附、粘接等反应机理，优化水泥浆体系性能，赋予水泥浆体系各种不同的防窜特性：
（1）低温下（10-60℃）早期强度高，过渡时间短，且水泥浆体系具有很强的内部结构阻力；
（2）优化水泥石本体和界面过度层结构，提高水泥环的界面胶结强度和抗地层流体冲蚀的能力；
（3）释放出大量的可溶性高价阳离子和胶体粒子，通过渗透、吸附、粘接等作用，改善二界面的泥饼质量；
（4）水泥环具有很强的力学形变能力、微膨胀特性，渗透率低。
3 低温防窜水泥浆体系的室内试验研究
3.1 常规性能
通过水泥浆（密度1.90g/cm3）体系在不同温度下凝结时间、抗压强度、滤失量、稠化时间等常规实验研究可知，温度对体系稠化时间、凝结时间影响不大，水泥浆体系38-60℃时过渡时间都只有2min，10℃×8h抗压强度为5.2mpa，滤失量小于50ml，体系的这些性能，对低温井尤其是低温长封井防窜极其有利。
3.2 水泥环界面胶结强度
水泥环界面处存在界面过渡区，内有大颗粒的氢氧化钙、钙钒石等的存在，导致其结构疏松容易形成微裂缝；二界面由于泥饼的存在，形成一个不可固化层，使水泥环与地层岩石之间不能实现有效的胶结。
不同温度、不同养护龄期的水泥环一、二界面的胶结强度实验得知，低温防窜水泥浆体系一界面胶结强度大于原浆的2倍；而二界面有4mm泥饼存在时，原浆二界面胶结强度为0，而低温防窜水泥浆体系二界面胶结强度大于0.1mpa。
3.3 水泥浆体系的抗窜能力
利用7150型液/气分析仪对低温浅层防气窜水泥浆体系的抗窜能力进行评价，低温防窜水泥浆体系，无论是水泥浆水化凝结过程中还是水泥浆凝固后，气层压力曲线都未发生变化，说明没有发生气窜。
而原浆开始水化，气层压力曲线迅速下降，发生了气窜。
根据实验结果，低温防窜水泥浆体系的抗窜压差大于5.0mpa。
4 低温防窜水泥浆体系的现场应用
目前，低温防窜水泥浆体系，在大庆油田朝阳沟、杏区、南区、喇嘛甸、葡北等复杂区块的复杂井，现场应用400多井次，对提高固井质量、预防管外冒及环空窜流等复杂事故的发生具有显著效果。
4.1 朝阳沟地区现场应用
朝阳沟地区由于注采不平衡、油层物性差，地下油层存在异常高压，地层压力系数最高达到2.18以上，完钻钻井液密度在
1.70-1.90g/cm3之间，油气水浸严重，固井质量难以保证，固井优
质率只有30%。
采用低温防窜体系固井100多井次，固井优质率由原来的30%提高到了70%以上，固井优质率提高了40个百分点。
4.2 杏区、南区现场应用
杏12区西部、南2、3区等地区，由于套损、井网加密等原因，致使层间矛盾突出（高压区平均压力系数为1.85，局部压力系数高达1.95，同时存在欠压层和易漏层），油气水浸严重，固井后管外冒等复杂事故不断发生，管外冒发生率高达10%以上。
低温防窜水泥浆体系，在这些区块的复杂疑难井应用 100多井次，使用井管外冒发生率降到2%以下。
如杏12-5-p3414井，钻井过程中油气水浸严重，地层压力系数1.85，同时存在欠压层，完钻泥浆密度为
1.85g/cm3，采用该水泥浆体系限压固井，固井后无管外冒情况发生，15d测井，固井质量优质。
4.3 葡北、喇嘛甸地区现场应用
葡北、喇南中西一区原生浅气和次生浅气活跃，套损、断层遮挡、气顶气等造成局部异常高压，固井后环空气窜严重，在地层高压、浅气异常活跃井，采用体系固井，固井后无环空气窜和管外冒现象。
如葡182区块，浅气活跃，一口井存在多段浅气，固井后环空气窜高达30%，采用体系固井，固井后没有发生气窜，固井优质率提高20个百分点。
如葡160-斜64井，该井存在多层浅气，完钻后发生气浸、井涌，采用该体系固井，固井质量优质。
5 结论
（1）低温防窜水泥浆体系适用循环温度为：10-60 ℃；
（2）该体系10℃时8h抗压强度达5.2mpa以上（原浆无强度）、过渡时间2min、水泥浆滤失量小于50ml（原浆大于2000ml）；（3）低温防窜水泥浆体系界面胶结强度和原浆相比提高2倍，抗窜压差大于5.0mpa以上。
（4）应用井与同区块常规井相比，优质率提高15个百分点、管外冒发生率降低到2.0%以下（常规井管外冒发生率为15%以上）。
参考文献
[1] 丁士东.国内外固井技术现状及发展趋势[j].钻井液完井液，2002（19）
[2] 牟忠信，张明昌，李萍. 复合型早强剂水泥浆体系研究，2005（增刊—0135—03）
[3] 刘霞，高玉堂等.大庆油田低压高渗调整井韧性防漏水泥浆体系研究与应用[j].石油钻探技术，2006（5）
作者简介
马淑梅，1967年出生，1990年毕业于大庆石油学院应用化学专业，现在大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院从事固井水泥外加剂的研究。