基于高温高压盐层的抗盐高密度水泥浆技术探讨

基于高温高压盐层的抗盐高密度水泥浆技术探讨

陈超

胜利石油工程有限公司固井技术服务中心固井技术研究所 山东 东营 257000

摘要:在固井施工过程中，针对高温高压的盐层固井一直是固井施工技术难题。本文主要结合高温、高压盐层中固井出现的各种问题,通过水泥浆技术应用，选择合适的加重剂、降失水剂、分散剂、缓释剂、防气窜剂，以及外加剂等，研制形成抗盐的高密度水泥浆，以解决固井难题、提高固井施工质量。

关键词：固井技术；水泥浆技术；抗盐高密度水泥浆体系

高温高压盐层固井技术一直是固井工程中的技术难题,盐层固井的复杂性表现的多种多样，突出表现在钻井固井过程中的各个环节，比如钻井过程中,盐层发生溶解,发生塑性变形和蠕动流动,从而形成井眼不规则,水泥顶替泥浆困难的问题，还有盐层不同浓度、温度、压力下对水泥浆性能影响比较复杂,使得水泥浆配方设计较困难的问题。固井过程中下套管注水泥后,水泥与井壁胶结差,使套管承受非均质载荷,导致套管变形或者损坏的问题。针对上述的各类问题，为保证水泥顶替泥浆顺利以及水泥与井壁胶结良好,固井可以采用高密度的抗盐水泥浆技术来解决相关难题。然而，收于高密度水泥浆的配制也面临配浆困难,盐水配浆更加困难,流变性能不好,影响施工以及顶替效率；水泥浆外加剂抗盐性能差,水泥浆失水大,稠化时间难以控制；高密度水泥浆加重材料容易沉降,流动度不好,导致固井质量差；盐水对水泥浆具有缓凝作用,强度发展缓慢,容易导致气窜等技术问题。因此，需要针对这些问题,实验研制高密度抗盐水泥浆体系。

1高密度抗盐水泥浆技术

1.1选择合适的加重剂

加重剂能够充填在水泥粒子的空隙中起到紧密堆积的效果,提高水泥浆稳定性,改善水泥浆流动性能。因此,合理选择加重剂是配制高密度水泥浆体系的关键。通常用于配制高密度水泥浆体系的加重剂有重晶石、钛铁矿、赤铁矿、磁铁矿、砷铁矿、锰铁矿和方铅石等。但就加重剂的效果以及加重剂本身性质而言,密度大的加重剂容易沉降,对水泥浆流变性和沉降稳定性的协调非常不利。经实验考察,重晶石密度4120g/cm³与水泥外加剂配伍性好,在水泥浆体系中具有良好的综合性能,而且货源广；钛铁矿密度较高,达5105g/ cm³,粒度为180目左右,对水泥浆的稠化时间和水泥石抗压强度均影响不大,是一种比较有效的加重材料。因此选择重晶石和钛铁矿石作为高密度水泥浆的加重材料。

1.2选择有效的降失水剂

对于高密度抗盐水泥浆体系而言,选择的降失水剂必须抗盐效果好,对水泥的早期强度、流变性、稠化时间、凝结时间等无不良影响。要求降失水剂的相对分子质量大小、分子分布以及分子形态合理,高含盐情况下稳定性好,不发生盐析,有足够的吸附基团,在盐水中仍具有优异的降失水效果。实验中采用SZ1-2作为高密度水泥浆体系的降失水剂,结果表明,SZ1-2降失水剂具有良好的抗盐性能,降失水剂SZ1-2用量在110%~115%之间能使水泥浆体系API失水量控制在100mL以内,不会产生盐析,具有良好的抗盐性能,因此选择SZ1-2作为降失水剂较合适。

1.3选择良好的分散剂

分散剂在高密度抗盐水泥浆体系中不仅要有高效的分散性能,而且必须具有良好的抗盐性,SXY为磺化酮醛缩聚物,是目前国内使用最好的油井水泥分散剂,其抗温性能达到130e,且在饱和盐水配浆情况下仍然具有良好的分散性能,被国内很多油田广泛使用。因此,在配制高密度抗盐水泥浆体系时选择SXY为分散剂。

1.4选择合理的缓凝剂

缓凝剂的作用主要是调节水泥浆的稠化时间,选择的原则是与其他水泥外加剂配伍性好,性

能稳定,水泥的稠化时间对缓凝剂的加量不能太敏感,否则稠化时间难以调节,且现场应用的风险极大。过度延长稠化时间将对水泥浆的防气窜极为不利。实验中采用SN-2A和CST-2作为高密度抗盐水泥浆体系的缓凝剂,SN-2A和CST-2均具有很好的抗盐性,与其他外加剂配伍性也很好。

在防气窜剂的选择上，由于防气窜剂在水泥浆碱性条件下产生气体,因防气窜剂中有稳泡剂,使产生的气体不聚集,均匀分布在水泥中,对地层产生附加压力,从而弥补了水泥浆失重造成的压力损耗,并且由于水泥石的膨胀改善了水泥环与套管、井壁的胶结性能,达到防气窜目的。实验中选用KQ-D为防气窜剂。对水泥多功能外加剂，由于高压流体能够从水泥石与井壁胶结界面剥离的地方发生窜通,另外,由于储集层有裂缝、孔隙、孔洞存在,要求水泥浆有一定防漏失能力,因此,需用多功能水泥外加剂提高水泥与井壁两界面的胶结强度,并使水泥浆具有一定的触变性,提高水泥的综合防窜与防漏失性能，因此，可以选择DGN为水泥多功能外加剂。

2高密度水泥浆配方与综合性能

通过大量实验,设计了密度为2.2g/ cm³和2.4g/ cm³两种高密度抗盐水泥浆体系配方,这两种不同密度水泥浆体系配方及其性能介绍如下。两种高密度水泥浆配方两种不同密度水泥浆体系都采用500g嘉华G级高抗硫型水泥,密度2.2g/cm3水泥浆体系配方中所用加重剂均是400g重晶石,其余各组分及用量列入表1；密度2.4g/cm3水泥浆体系配方中所用加重剂均是600g铁矿粉。

密度212g/cm3抗盐水泥浆配方：

1：重晶石400g+30%微硅+110%SZ1-2+110%SXY+0107%SN-2A+015%KQ-D+淡水

2：重晶石400g+30%微硅+110%SZ1-2+110%SXY+0107%SN-2A+015%KQ-D+2%DGN+淡水

3：重晶石400g+30%微硅+110%SZ1-2+110%SXY+011%SN-2A+015%KQ-D+2%DGN+淡水

4：重晶石400g+25%微硅+115%SZ1-2+112%SXY+210%CST-2+015%KQ-D+2%DGN+110%CaCl2+18%盐水

5：重晶石400g+25%微硅+115%SZ1-2+112%SXY+210%CST-2+015%KQ-D+2%DGN+110%CaCl2+2%DGN+

18%盐水

密度为214g/cm3抗盐水泥浆配方：

1:铁矿粉600g+30%微硅+110%SZ1-2+112%SXY+0107%SN-2A+015%KQ-D+淡水

2:铁矿粉600g+30%微硅+110%SZ1-2+112%SXY+0107%SN-2A+015%KQ-D+2%DGN+淡水

3:铁矿粉600g+30%微硅+110%SZ1-2+112%SXY+011%SN-2A+015%KQ-D+2%DGN+淡水

4:铁矿粉600g+25%微硅+110%SZ1-2+114%SXY+011%SN-2A+015%KQ-D+110%CaCl2+18%食盐水

5:铁矿粉600g+25%微硅+115%SZ1-2+114%SXY+210%CST-2+015%KQ-D+2%DGN+110%CaCl2+18%食盐水

高密度水泥浆均有良好的流动性能；在盐水中能使API失水量控制在100mL以内,淡水配浆失水量则更加低；水泥的早期强度与胶结强度较高,完全满足工程需要,可以保证封固质量长期有效；稠化时间可以通过缓凝剂用量进行调节,加入防气窜剂后水泥与井壁胶结性好,可以有效防止气体窜入环空；多功能外加剂的加入使水泥具有一定的触变性,触变性还可以通过分散剂和多功能外加剂的用量进行调节,多功能外加剂的加入也提高了水泥的韧性,使水泥石的力学性能有所改善,对抵抗盐层蠕动产生的变形十分有利。

3结束语

针对高压高温盐层固井需要,通过对加重材料和一系列配伍性较好的外加剂的优选,研制出高密度抗盐水泥浆体系。这一水泥浆体系综合性能良好,可使用于50~100℃盐层固井作业。

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