■ 刘东清 贾瑞林

1 体系简介

成膜水泥浆体系是以S902油井水泥降失水剂、SUS油井水泥分散剂为主要添加剂的水泥浆体系，主要组成有：G级高抗油井水泥＋1.0%～1.2%S902＋0.6%～0.8%SUS＋44.0%水＋0.1%SYX-1。

S902降失水剂由聚乙烯醇（PVAL）与其他助剂经特殊工艺加工而成，主要通过与交联剂如硼酸盐一类复配，在水泥浆中交联形成非渗透膜。其过程是通过在初始失水瞬间由于高分子聚合物的束缚水在压差作用下挤出，使聚合物高浓度状态下不稳定而交联，在滤饼外表面形成致密的非渗透膜，阻止液体向地层进一步滤失。

SUS分散剂由甲醛、丙酮等原料缩合而成，通过调节水泥颗粒表面电荷而在表面形成水化膜，使水泥颗粒处于分散状态，把水泥颗粒内部结构的束缚水变成自由水，改善流变性能。

2 实验研究

依据标准GB10238油井水泥和SY/T5546油井水泥应用性能试验方法，分别对下面4种水泥浆配方进行全套性能试验（表1）。

1#浆（原浆）：G级水泥+44.0%水；

2#浆：G级水泥+1.0%S902+0.6%SUS+44.0%水+0.1%SYX-1（消泡剂）；

3#浆：G级水泥+1.0%S902+0.6%SUS+44.0%水+0.10%SYH-1（缓凝剂）+0.1%SYX-1；

4#浆：G级水泥+1.0%S902+0.6%SUS+44.0%水+1.0%SYZ-1（早强剂）+0.1%SYX-1。

表1 成膜水泥浆体系主要性能

2.1流动性

从表1可见，不加降失水剂及分散剂的原浆流动性很差，流性指数n很小，稠度系数K很大；成膜水泥浆体系流动性很好，n值变大，K值变小。

2.2 失水量

水泥浆失水过大甚至脱水时，浆体增稠或骤凝造成憋泵，容易引起注水泥施工事故，同时也会造成油气层污染。在不同加量和不同温度下，成膜水泥浆体系的降失水效果（105℃试验中辅加了适量缓凝剂）见表2。

表2 成膜水泥浆体系降失水效果评价表

从表1和表2可知，该水泥浆体系降失水效果很好，S902和SUS的最优加量为1.0%、0.6%，最大抗温能力可达105℃。在深井、大斜度井及水平井中，为了更有效地控制游离水和失水量，S902和SUS的用量可为1.2%、0.8%。

成膜水泥浆体系失水后形成的是薄膜状泥饼，泥饼致密而有韧性，特别有利于钻井工程及固井质量。

2.3 稠化时间

稠化时间关系到固井施工安全。优良的水泥浆性能要求稠化曲线前期持续低平，后期过渡短直，接近直角稠化。成膜水泥浆体系采用中温缓凝剂SYH-1、高温缓凝剂S803B、早强剂SYZ-1调节稠化时间和抗压强度，以满足不同井深和温度压力的注替施工和固井质量需要。

为了便于比较，将表1中4种水泥浆的稠化曲线绘制在同一个坐标系中（图1）。

图1 成膜水泥浆体系稠化曲线（75℃×0.1MPa）

从表1和图2可见，与纯水泥浆比较，成膜水泥浆体系稠化时间有所延长，前期曲线更加平稳。SYH-1缓凝剂的缓凝效果和SYZ-1早强剂的速凝效果都特别显著。

高温高压失水及稠化试验的配方为：G级水泥＋1.0%S902＋0.6%SUS＋44.0%水＋0.25%SYH-1＋0.1%SYX-1。为了考察体系的抗温能力及其适应井下异常高温突变能力，同时做了提高5℃温敏试验，要求水泥浆失水量的增大和稠化时间的缩短仍然能够满足正常施工要求（表3）。

表3 成膜水泥浆体系高温高压试验及温敏试验

2.4 防窜能力

从失水量和稠化时间，可以判断水泥浆的防止发生油气水窜流能力。水泥浆防窜性能系数SPN是衡量水泥浆防窜能力的标准之一，SPN越小防窜能力越强，越大防窜能力越差：SPN=Q30（t100Bc1/2-t30Bc1/2）/301/2。

当SPN≤4时，防窜能力特强；当4＜SPN≤6时，防窜能力强；当SPN＞6时，防窜能力差。

从表1和表3可见，成膜水泥浆体系失水量较小，稠化曲线接近直角稠化，SPN值很小，因此防窜能力很强，有利于保护油气层。

2.5 抗压强度

抗压强度大小对固井质量不可轻视；而强度发展快慢对防止发生油气水窜有着重要意义。加入早强剂可以用来提早而且增大水泥石强度。为了便于比较，将表1中4个水泥浆的强度发展趋势绘制在同一个坐标系中（图2）。

图2 成膜水泥浆体系强度发展图线（50℃×0.1MPa）

从表1和图3可见，与纯水泥浆相比，S902和SUS的加入不会对水泥石强度产生负面影响，6h强度不加SYZ-1早强剂就已经达到7MPa以上，24h强度也远远超过14MPa。该水泥浆体系一般不需要加入早强剂。

2.6 冲洗隔离液

胜利海洋钻井公司海上钻井一般使用的是海水钻井液，也有少数使用饱和盐水钻井液和油基钻井液。

成膜水泥浆体系采用S102作为冲洗隔离液，此隔离液中含有大量的非离子型表面活性剂，与海水钻井液和水泥浆都有良好的相容性，对海水钻井液滤饼有良好的冲刷作用。

在饱和盐水钻井液井中，同样可以使用S102冲洗隔离液。在油基钻井液井中，试验成功了S104聚合物驱油冲洗隔离液。

2.7 其他辅助添加剂（外加剂）

成膜水泥浆体系除了与上述SYH-1中温缓凝剂、S803B高温缓凝剂、SYZ-1早强剂、SYX-1消泡剂、S102冲洗隔离液、S104驱油冲洗隔离液有良好的配伍相容性以外，还与SPZ-1膨胀剂、SDC-1增强增韧剂、WG172增韧纤维、膨润土、3M中空玻璃微球等添加剂（外加剂）有良好的配伍相容性，可以满足多种不同固井的需求。

3 结论认识

该成膜水泥浆体系具有良好的流动性、足够的水泥石强度、较低的失水量、可调控的稠化时间，可以称之为高强度、高分散、高韧性、低失水和完美的稠化曲线的“三高一低一完美”水泥浆体系。既可以满足固井施工和油气层保护的要求，也有利于延长油井寿命、有利于长期勘探开发。它与其他常用添加剂（外加剂）配伍性良好，并可扩展多个分支水泥浆体系。在胜利海上垂深1000～3500m，最高静止温度130℃、最高循环温度105℃浅井、中深井固井中应用良好。