高温水泥浆体系的研制与应用

２０１１年第３期　西部探矿工程　３５　

堵漏纤维水泥浆体系在塔河油田的应用研究　

王　冲　

（中石化华东石油局固井工程公司，江苏扬州２２５０００）　

摘　要：塔河油田十区、十二区及艾丁区块是中石化西北油田分公司的主力上产区块，该区块井深且　

多含有二叠系易漏地层，固井不同阶段发生漏失严重影响了固井质量。针对这一问题，从提高水泥浆　

的堵漏能力方面入手进行了研究，使用了一种高强有机聚合物单丝短纤维，将其加至水泥浆中可以提　

高水泥浆的堵漏效果。室内研究表明，堵漏纤维性能稳定，与水泥、外加剂以及水泥浆中各种外掺料　

有很好的相容性，将不同尺寸的堵漏纤维合理搭配加至水泥浆后有较高的承压能力，固井时能有效的　

起到堵漏作用。将研究成果进行了多井次的现场应用，水泥浆中加入堵漏纤维后有效防止或降低了　

固井时发生漏失，提高了固井质量。　

关键词：固井；纤维；堵漏；水泥浆；应用　

中图分类号：ＴＥ２５４文献标识码：Ａ文章编号：１ＯＯ４—５７１６（２Ｏ１１）Ｏ３一ＯＯ３５～Ｏ３　

国内裂缝性复杂储层的储量较高，对于孑Ｌ隙型低压　

气层、渗漏型地层和裂缝性地层，地层承压能力低，固井　

时漏失导致水泥浆低返是影响固井质量的一大技术难　

题［１］。统计塔河油田１４口漏失井发现，固井质量１２井　

次合格，２井次良好，固井质量优良率仅为１４．３　９／６，可见　

发生漏失的井固井质量难以保证。通过室内研究发现，　

堵漏纤维有很好的化学稳定性，可以在水泥浆中分散、　

稳定存在，将其加入水泥浆中有较高的承压能力，可以　

有效防止或降低固井施工时漏失，确保水泥浆返高，提　

高固井质量。　

１堵漏纤维的主要特性　

堵漏纤维是由加有抗老化剂的有机聚合物经热熔、　

拉丝、表面涂覆、短切等工序制成的一种高强有机聚合　

物单丝短纤维。堵漏纤维的外观为切成一定长度的白　

色纤维束，每一束中有几百根单丝纤维，每根单丝纤维　

都是圆形截面。其主要特点是：①比重小（约为　

０．９１ｇ／ｃｍ。）、抗拉强度高（≥２７０ＭＰａ）、弹性模量低　

封面报道　

腐蚀前抗压强度之比。ｃ０，与水泥　石中的水化产物反应，生成非胶凝　性产物，降低水泥石的抗压强度。　ｃ０　气体对水泥石的腐蚀程度与气　体浓度（或分压）和腐蚀时间密切　相关，一般气体浓度（或分压）较　低和腐蚀时间较短，其腐蚀程度较　低，水泥石只有表面受到碳化，内　部结构仍较致密，所以抗压强度很　难有显著变化。随着腐蚀程度加　深，水泥石内部受到碳化，抗压强　度显著降低。　渗透率　渗透率是指单位时间内　液体通过材料的流量，孔结构是表征　水泥石连通孔数量的参数。由于在腐　蚀前期００２与水泥石中的ｃａ（０Ｈ）　反应　生产ＣａＣＯ　，填充水泥石自身孔隙，　所以渗透率和总孔隙率变小；随着腐　蚀不断进行，水泥石内部结构变得疏　松，其渗透率会和总孔隙率变大；故　渗透率和孔结构比较适用于评价水泥　石较低腐蚀程度，腐蚀程度较高时只　能作为辅助评价手段。　精心研发防腐材料　

为了提高含ＣＯ。深层天然气井水　平井和分支井固井质量，解决高温　高压条件下漏失、气窜、腐蚀和环　

空带压等问题，吉林油田钻井院承　

担了中石油“防ｃ０，腐蚀固井技术”　重大专项研究工作，在２００７￣２００８年　取得防腐机理、防腐途径、评价方　法、实验仪器、性能评价等方面的　

成果基础上，研究开发了Ｆ１１Ｆ防ｃ０，　

腐蚀固井材料和水泥浆体系，防腐　性能评价良好。新研发的ＦｌｌＦ防腐固　井材料能够降低水泥石渗透率、增　

加抗压强度、提高水泥浆的防腐性　能，在超高温条件下水泥浆高温稳　

定性能良好，稠度不低于ｌＯＢｃ，失水　量小于５０ｍｌ，抗压强度４０ＭＰａ。　针对水泥浆和水泥石体积收缩产　

生环空间隙，给油气水提供窜流通　道，造成井口带压的问题，在天然　

气井固井方面研究应用了具有双膨　胀性能的晶体微膨胀水泥浆，可在　

设计人员精心设计　水化和硬化两个阶段保持稳定的体　积膨胀，防窜性能优良。该项技术　已经形成（ＷＤ＿Ｌ和ｗＤ＿Ｈ）两种中高温　防窜剂，全面应用在水平井和天然　

２０１　１年第３８卷第２期　探矿工程（岩土钻掘工程）　１５　

高密度低失水泥浆体系在煤田绳索取心　

钻探中的应用研究　

陈尔志　，陈礼仪　，向昆明　，章　述　，尹亮先　，李跃成　

（１．地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都６１００５９；２．成都理工大学，四川成都６１００５９；３．四　川省煤田地质局１３７地质队，四川达州６３５００６）　

摘要：煤　钻探中，经常会遇到比较破碎、易坍上｝５、易水化膨胀等复杂地层，给钻进造成较大的困难。开发了具有　良好的防塌性能、较好的抑制性并具有适当密度的高密度低失水泥浆体系。现场使用证明，该泥浆体系在煤出小　【Ｊ　金刚石绳索取心钻探巾能很好维持孔壁稳定、有效抑制泥页岩的水化膨胀，降低孔内事故的发牛率。　关键词：泥浆体系；高密度；低失水；煤出钻探；绳索取心钻探　中图分类号：Ｐ６３４．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—７４２８（２０１１）０２—００１５—０４　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　ａｎｄ　Ｌｏｗ　Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　Ｆｌｕｉｄ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　Ｗｉｒｅ－ｌｉｎｅ　Ｃｏｒｉｎｇ　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｏｆ　Ｃｏａｌｆｉｅｌｄ　Ｅｘ・　ｐｌｏｒａｔｉｏｎ／ＣＨＥＮ　Ｅｒ—ｚｈｉ　’　，ＣＨＥＮ　Ｌｉ—ｙｉ　’　，Ｘ１ＡＮＧ　Ｋｕｎ—ｍｉｎｇ　’　，ＺＨＡＮ　Ｓｈｕ　，ＹＩＮ　Ｌｉａｎｇ—ｘｉａｎ　，ＬＩ　Ｙｕｅ—ｃｈｅｎｇ　（１．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　１．ａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｈａｚａｒｄ　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄ　ａｎｄ　Ｇｅｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｓｉｃｈｕａｎ　６１００５９，Ｃｈｉｎａ：２．Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　Ｓｉｃｈｕａｎ　６１００５９，Ｃｈｉｎａ；３．１３７　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｔｅａｍ　ｏｆ　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｃｏａｌ　Ｇｅｏｌｏｇｙ，　Ｄａｚｈｏｕ　Ｓｉｃｈｕａｎ　６３５００６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏａｌｆｉｅｌｄ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｒａｔｈｅｒ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｓｔｒａｔａ　ａｒｅ　ｕｓｕａｌｌｙ　ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ；ｓｕｃｈ　ａｓ　ｂｒｅａｋｉｎｇ　ｌａｙｅｒ，ｃｏｌｌａｐｓｉｎｇ　ｌａｙｅｒ　ａｎｄ　ｈｙｄｒａｔｉｏｎ　ｅｘｐａｎｓｉｖｅ　ｌａｙｅｒ．Ｈｅａｖｙ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｆｌｕｉｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｅｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｗｉｔｈ　ａｎｔｉ—ｓｌｏｕｇｈｉｎｇ，ｉｎｈｉｂｉｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒ　ｄｅｎｓｉｔｙ．Ｆｉｅｌｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｖｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｆｌｕｉｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｐｅｒ—　ｆｅｃｔｌｙ　ｍａｉｎｔａｉｎ　ｂｏｒｅｈｏｌｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｉｎｈｉｂｉｔ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｔｉｏｎ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｏｆ　ｍｕｄ　ｓｔｏｎｅ　ａｎｄ　ｓｈａｌｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔ　ｒａｔｅ　ｉｎ　ｗｉｒｅ・ｌｉｎｅ　ｃｏｒｉｎｇ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｌｕｉｄ　ｓｙｓｔｅｍ；ｈｅａｖｙ　ｄｅｎｓｉｔｙ；ｌｏｗ　ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ；ｃｏａｌｆｉｅｌｄ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ；ｗｉｒｅ—ｌｉｎｅ　ｃｏｒｉｎｇ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　

２００８年８月　李　勇等．微细水泥／漂珠低密度水泥浆体系的研制　１　３　

微细水泥／漂珠低密度水泥浆体系的研制　

李　勇　李小燕　（１．西南石油大学化学化工学院，成都６１０５００；２．西华师范大学化学化工学院，南充６３７００２）　摘要利用颗粒级配和紧密堆积理论，制备了密度为１．２０～１．３０　ｃｍ　的微细水泥／漂珠　低密度水泥浆体系。确定了其最佳配方：微细水泥与Ｇ级油井水泥质量比为ｌ：ｌ，微硅加量　６．０％，降失水剂ＳＺ１—２加量１．５％，早强剂ＣＫ２１加量２．０％，分散剂ＳＸＹ加量１．４％．，漂珠加量　３０％一６０％，空心玻璃珠加量１０％～２０％，水灰比０．５８—０．６２。在５０℃下，考察了该低密度水泥　浆的抗压强度、失水性、流变性等，结果表明，该体系具有早期强度高、稳定性好、稠化时间可调等　优点，适用于低压易漏地层及超长封固段的固井施工。　关键词　低密度水泥浆微细水泥漂珠空心玻璃珠　固井　随着石油勘探开发的发展，低密度水泥在固　井施工中日益重要。低密度水泥主要应用于低压　易漏失地层及要求全封固段的固井施工中，目前　使用较多的低密度水泥密度约为１．５０　ｃｍ。，如　微硅、硅藻土、海泡石、粉煤灰、泡沫低密度水泥　等，低于此密度的水泥石强度不够大，尤其在中低　温条件下很难满足固井施工要求¨　。　降低水泥浆密度一般有两种途径，一是通过　加入轻质活性材料如硅藻土、粉煤灰、膨胀珍珠岩　等吸水性物质，相应增加水灰比以降低密度；二是　通过加入如漂珠、空心玻璃珠、化学发泡剂等减轻　剂实现低密度。低密度水泥浆通常游离液含量较　大、失水量难控制、强度低、渗透率高、稳定性差，特　别是早期强度和稳定性的好坏直接关系水泥浆体　系能否满足施工需要。笔者在高强度低密度水泥　浆体系的研究中，采用加入部分微细水泥的方法提　高水泥水化速度、早期强度和水泥稳定性，并加入　部分漂珠、空心玻璃珠等轻质材料降低水泥浆体系　密度，制备了密度为１．２０～１．３０　ｇ／ｃｍ　的微细水　泥／漂珠水泥浆体系，并对其性能进行了评价。　１药品及仪器　１．１药品　嘉华Ｇ级水泥、微细水泥，四川嘉华水泥厂；　漂珠，密度为０．７　ｇ／ｃｍ。左右，德阳火电厂；空心玻　璃珠，美国３Ｍ公司；微硅，碱性硅硼酸盐，贵州遵　义铁合金厂；降失水剂ＳＺ１—２，羟乙基纤维素类，　西南石油大学油气田材料厂；分散剂ＳＸＹ，成都烤　胶厂；早强剂ＣＫ２１，无机盐类，成都嘉茂化工厂　１．２仪器　瓦棱搅拌器，常压稠化仪，高温高压稠化仪，　高温失水仪，恒温水浴箱，抗压强度试验机，范氏　六速旋转粘度计。　２低密度水泥浆体系的确定　２．１微细水泥加量　微细水泥主要应用于石油行业的某些特殊作　业，如挤水泥、堵水、堵漏、充填微细孔隙等。微细　水泥的颗粒粒度为１．０～１５．０　ｍ，其Ｂｌａｉｎｅ平均　细度为６　５００～９　０００　ｃｍ２／ｇ，比常规Ｇ级水泥粒　度小，且粒度分布范围窄，集中在３．０—　１５．０　ｍＬ２］。表１为微细水泥与几种常规油井水　泥的粒度分布情况。　表１　微细水泥与常规油井水泥的粒度分布　水泥类型　粒度／　ｍ　Ｂｌａｉｎｅ平均密度／　最大ｄ∞　ｄｌ０细压Ｆ／ｃｍ　・ｇ　ｇ・ｃｍ－３　微细水泥　１５．０　５．０　９．５　２．２　８　５００　３．１４　Ｇ级中抗油井水泥５０．０　１５．０　３２．１　３．９　１　７００　３．１４　Ｇ级高抗油井水泥９０．０　２１．０　５３．０　１．５　３　３００　３．１５　Ｈ级油井水泥　１２０．０　２１．５　５５．６　６．１　２　２００　３．１５　注：　表示体积分数５０％的颗粒小于该直径；ｄ９０、ｄｌ０同理。　研究表明，水泥越细，水泥石早期强度越高。　这是因为水较快地渗入水泥内，而且由于其表面　积增大也能提高水化反应速度，从而使早期强度　发展快，水化物含量比Ｇ级水泥高，结构均匀致　密。因此，采用微细水泥可提高低密度或超低密