双凝水泥浆体系应用探究

双凝水泥浆体系应用探究

谢波

中石化中原石油工程有限公司固井公司

水泥浆侯凝期间的油气水窜是影响固井质量的重要原因之一，本文分析了水泥浆结构对固井质量的影响，认为双凝水泥浆体系有利于提高固井质量，开展了双凝水泥浆体系分界面以及稠化时间差的研究，建立了环空候凝期间水泥浆压力计算模型。长度比例对压力的影响不敏感，在确保主力油层封固质量下，分界点尽量下移即可；增加领浆与尾浆的稠化时间差有利于防止气窜，提高固井质量，在满足施工时间要求的前提下，应尽量增加领浆与尾浆的稠化时间差。

1双凝水泥浆体系应用现状及存在问题

油田目前封固段长>800m的井采用双凝水泥浆体系；若封固段长<800m，附加水泥后超过800m的井也采用双凝水泥浆体系；部分井采用双基双凝水泥浆体系：主力油层井段选用常规速凝水泥浆；上部易漏层段采用低密度水泥浆加缓凝剂，评价井中封固段长>800m的井均用双凝水泥浆体系可以看出，在封固段相对较长的情况下，采用领浆+尾浆的水泥浆结构时，固井质量合格率高于使用单一结构水泥浆，因此双凝水泥浆体系对于提高固井质量有较好的效果。从已完钻井使用情况看：领浆与尾浆长度比例范围为：0.44~1.84，稠化时间差范围为：21min~120min，需要确定这两个参数使得双凝水泥浆体系达到最好的防窜效果。

2研究井固井难点

（1）地层承压能力低，钻进、固井过程均易发生漏失。（二）盆地内断裂活动强烈，构造相对复杂。（2）井底温度高，施工压力高，对水泥浆性能要求高。A井采用1.33/1.88g/cm3双凝水泥浆体系，该双凝水泥浆体系能很好的简化水泥浆混配流程和施工流程，节约施工

时间，降低施工风险。采用双凝水泥浆体系，可在水泥柱各段范围内添加不同的外加剂以调节水泥浆的凝固时间，使水泥浆从下到上逐渐凝固。当下部尾浆处于失重状态时，上部领浆仍还保持较高的静液柱压力和传递压力的能力；而领浆段降至水柱压力时，下部速凝段早已凝固，从而可以有效地防止水泥浆在凝结过程中因失重造成的油气窜槽，有效地压稳地层，保证固结质量。双凝水泥浆不仅可以减少水泥浆失重影响，"夯实"下部水泥浆凝结作用，还可以减少下部地层受液柱压力作用时间，增大不压漏下部地层的安全系数。

3双凝水泥浆体系性能控制

（1）浆体稠化时间的控制。领浆的稠化时间对压稳，防气窜有很大的影响。领浆稠化时间过长，不利于领浆段的防气窜，领浆稠化时间过短，不利于尾浆失重后的压稳。在保证施工安全的前提下，在施工时间上附加60-90min。尾浆的稠化时间控制在施工结束后30min内完成，最大程度的实现尾浆的即时稠化。领浆与尾浆的稠化时间差也是影响双凝水泥浆体系固井质量的一个重要因素。在一定的范围内，随着稠化时间差的增加，当尾浆达到初凝时间时，压稳系数增加，有利于防止气窜。但是领浆稠化过程又不利于上部的防气窜，本文认为领浆与尾浆的稠化时间差控制在60min左右为宜。

（2）添加剂作用。区块在领浆中主要加入了低密增强剂、降失水剂、流型调变剂、缓凝剂。在尾浆中主要加入了膨胀剂、早强剂、降失水剂、分散剂。主要讨论流型调变剂和膨胀剂对浆体性能的影响。1）流型调变剂。XJZ-3流型调变剂为浅红色粘稠液体。该产品呈弱碱性，具有一定的促凝早强效果，能够有效的增强浆体的内部凝聚力，改善水泥浆内部的综合性能，有助于提高水泥石与套管的胶结强度，进而提高领浆的封固质量。外在表现反映在浆体的稠化曲线上，曲线圆滑且过渡时间短。该添加剂的掺量一般为0.3～2.0%，适用的温度范围为10～180℃，能够解决区块井底温度高的难题。2）膨胀剂。水泥浆在候凝期间的体积收缩是造成油气水窜的主要原因。在水泥浆中加入膨胀剂，可以使水泥浆在凝固时产生轻度体积膨胀，能有效的封闭环空微隙，改善水泥环与套管、地层间的界面胶结状况，从而防止油气水窜。同等条件下，加膨胀剂的水泥浆与不加膨胀剂的水泥浆比还具有强度高，滤失量低，抗污染能力强等优点，能有效提高尾浆段封固质量。

4双凝水泥浆体系分界点确定

找准双凝水泥浆体系领浆和尾浆在井中的分界点，是双凝水泥解决固井施工时压稳防漏的一个关键性问题。分界点的确定原则如下：（1）根据测井结果，分析油、气、水层的分布情况，分界点在主力油层以上50-100m，主力气层以上200-250m，确保主力油气层封固质量；（2）漏层较浅的井，封固点选择在漏层以下100m；（3）井底或者主力油气层段井漏的井，结合堵漏效果，在满足封固主力油气层段的前提下，分界点尽量下移，以降低环空水泥浆当量密度。

5领浆与尾浆长度比例确定

双凝水泥浆体系提高固井质量的机理：为了防止气窜，需在水泥柱各段范围内添加不同的外加剂以调节水泥浆的凝固时间和可泵时间，使水泥浆从下到上逐渐凝固，下部速凝水泥浆处于危险状态时，上部缓凝水泥浆仍保持较高的静液压力；当缓凝水泥浆降至水柱压力时，下部速凝段早已凝固，从而防止气窜。水泥浆初凝阶段任意井深处的压力计算假设条件：不考虑在注替过程中各种水泥浆在顶端和底端的初凝时间的变化，而是采用水泥浆柱降至水柱压力的时间和失重速率变化。水泥浆领浆与尾浆稠化时间差增加，固井质量合格率增加，但是大于60min后，固井质量有下降的趋势。

6认识与建议

（1）封固段长>800m的井采用双凝水泥浆体系固井，双凝水泥浆体系有利于提高固井质量；（2）增加领浆与尾浆的长度比例有利于增加尾浆段的环空压力，有利于防窜，但是长度比例对压力的影响不敏感，因此在确保主力油层封固质量下，分界点尽量下移就可以；（3）增加领浆与尾浆的稠化时间差有利于防止气窜，提高固井质量，在满足施工时间要求的前提下，应尽量增加领浆与尾浆的稠化时间差；（4）双凝固井中稠化时间差和分界点深度的选择基本上能够保证双凝固井的需要，但是还有优化潜力。

参考文献

[1]双凝水泥浆体系在通许2井的应用[J].杨伟.中国石油石化.2017(08)

[2]低温短候凝水泥浆体系室内研究[J].李早元,周超,刘威,王岩,郭小阳.石油钻探技术.2015(02)