王锦昌　白 杨　陶 鹏　朱豫川

(1. 中石化华北分公司工程技术研究院， 郑州 450006；

2. 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室， 成都 610500；

3. 西南油气田分公司蜀南气矿， 四川 泸州 646000)



鄂南地区新型固井水泥浆性能评价

王锦昌1白 杨2陶 鹏2朱豫川3

(1. 中石化华北分公司工程技术研究院， 郑州 450006；

2. 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室， 成都 610500；

3. 西南油气田分公司蜀南气矿， 四川 泸州 646000)

摘要：针对鄂南地区固井质量差的问题，研发了一套新型固井泥浆体系，并对该体系性能进行了评价。研究发现该水泥浆体系的流变性、沉降稳定性良好，游离水少；水泥浆稠化线性正常，防气窜效果好；水泥石的早期强度发展较好，后期强度较稳定；水泥石收缩率低，孔隙率低，有利于增强后期强度。

关键词：固井； 水泥浆； 防气窜； 环空失重

鄂南致密油藏属于低渗透储层，容易受到水泥浆失水的污染。水平井固井期间，水泥浆通过水平段时稳定性易受破坏。水泥颗粒在重力作用下容易在套管下侧聚结沉淀，析出自由液，在靠近上井壁处形成自由液通道，导致凝固后的水泥石整体胶结质量差、渗透率高、强度低，形成油气水窜流通道，导致层间封隔失败，影响固井质量。因此全面提高水泥浆性能，特别是提高水泥浆稳定性，严格控制水泥浆失水是提高鄂南水平井固井质量的关键[1-9]。

1实验部分

1.1体系配方

固井水泥浆配方为：G级水泥+6%微硅+2.5%～3.0%降失水剂+4%～6%锁水剂+0.2%～1.0%分散剂+0.05%～0.25%缓凝剂(ρ=1.88 gcm3)，配浆用水为现场用水。

1.2实验仪器

沈阳航空工业学院应用技术研究所，OWC-93808型增压稠化仪；无锡市锡东建材设备厂，JES-300型抗折抗压试验机；HKGP-3型致密岩心气体渗透率孔隙度测定仪；青岛同春石油仪器有限公司，ZNN-D6B型电动六速黏度计；沈阳航空工业学院应用技术研究技术研究所，OWC-9510型高温高压失水仪；西南石油大学与沈阳航空航天大学应用技术研究所联合制造，OWC-1305型常温常压环空水泥失重模拟实验装置；Chandle公司，5265型静胶凝强度测试仪；沈阳航空工业学院应用技术研究技术研究所，OWC-9390Y型增压养护釜，水泥浆体积收缩测试仪。

2实验结果与分析

2.1水泥浆基本性能测试

首先对水泥浆常规性能进行测量，测量结果见表1，该水泥浆体系的流变性能较好，API失水较小，能够减少对储层的伤害，体系稳定性能较好，析水率为0。

表1　水泥浆的基本性能

在压力50 MPa，温度105 ℃下测试该体系的稠化时间，结果如图1所示。该水泥浆体系稠化时间为80 min，稠度从40 Bc升到80 Bc所需时间较短，接近直角稠化曲线，表明该体系到达井底指定位置后强度迅速升高，有利于提高固井质量。

图1　水泥浆稠化曲线

利用OWC-1305型常温常压环空水泥失重模拟实验装置测试水泥浆在环空的失重时间，如图2所示，该体系失重时间为8.2 h。

图2　水泥浆环空失重曲线

评价水泥浆防气窜性能的参数是SPN，该参数基于水化动力学和失水给出了不同水泥浆的对比性能参数，提供了一个逻辑分级体系，以表示水泥浆抵抗地层流体侵入的能力，反映了水泥浆失水量及水泥浆凝固过程阻力变化系数对防气窜的影响。SPN越小，水泥浆防气窜能力越强。稠化过渡时间与水泥石静止状态下结构形成快慢没有直接关系，常用的水泥浆性能系数法用动态工程性能评价静态气窜，评价方法不科学。SPN表达式如下：

式中：t100Bc—— 水泥浆稠度达到 100 Bc 所需时间，min；

t30Bc—— 水泥浆稠度达到 30 Bc 所需时间，min；

FLAPI—— 水泥浆API失水，mL30min。

经过计算，尾浆的SPN接近3，证明该水泥浆体系的防气窜能力较强，计算结果见表2。

表2　水泥浆防气窜性能

2.5水泥石抗压强度测试

在105 ℃下分别养护该水泥浆体系1，3，7 d后，测水泥石抗压强度，结果见表3。养护1 d的抗压强度达到18 MPa，3~7 d的抗压强度变化不大，介于26~27 MPa。

表3　常压养护下水泥石的抗压强度

2.6水泥石静胶凝强度测试

采用5265型静胶凝强度测试仪，在105 ℃下测水泥石静胶凝强度，结果如图3所示：水泥石静胶凝强度从48 Pa到240 Pa的过渡时间为61 min(25~86 min)。

2.7水泥石高温下强度衰退测试

采用OWC-9390Y型增压养护釜在压力50 MPa，温度105 ℃下养护水泥石2 d，测其抗压强度。共测试6组，其抗压强度平均为17.02 MPa。

2.8水泥石渗透率、孔隙度测试

采用OWC-9390Y型增压养护釜在压力50 MPa，温度105 ℃下养护水泥石2 d，测其渗透率为0.079 69×10-3μm2，孔隙度为21.19%。水泥石孔隙率较低，有利于后期强度发展。

2.9水泥石体积收缩测试

采用水泥浆体积收缩测试仪在105 ℃下测试水泥浆收缩率，结果见表4、图4。水泥石的体积收缩率只有0.11%，有利于后期强度发展。

表4　水泥浆体积收缩测定结果

图3　水泥石静胶凝强度曲线

图4　水泥浆体收缩数据图

3结语

(1)对水泥浆体系及水泥石进行各项性能测试，表明水泥浆密度能达到设计要求，并且可以调节，性能良好。

(2)水泥浆体系稠化曲线形状接近直角，体系强度能在到达井底指定位置后快速提高，有利于提高固井质量。

(3)体系防气窜性能性能较好；水泥石的早期强度发展较好，后期强度较稳定，收缩率较低，孔隙率较低，有利于后期强度发展。

参考文献

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[2] 武治强，李早元，程小伟，等．稠油热采井固井水泥石耐高温研究初探[C]2010年固井技术研讨会论文集.北京：石油工业出版社,2010:43-45．

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The Performance Evaluation of the New Type Cement Slurry in E′nan Area

WANGJinchang1BAIYang2TAOPeng2ZHUYuchuan3

(1. Research Institute of Engineerning Technology, Huabei Branch of Sinopec, Zhengzhou 450006, China;

2. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,

Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China; 3. Branch of Shunan Gas Field,

PetroChina Southwest Oil and Gas Field Company, Luzhou Sichuan 646000, China)

Abstract:This paper aims to solve the problem of poor cementing quality in E′nan area by developing a new type of cementing slurry system and evaluate the performance of the system. The study found that the slurry rheology system had less free water, good sedimentation stability, normal slurry thickening linear, and great effect of gas channeling prevention. The early strength is better and late strength is stable with low cement shrinkage and porosity.

Key words:cementing; slurry; gas channeling prevention; annulus weightlessness

文献标识码：A

文章编号：1673-1980(2016)01-0053-04

中图分类号：TE256

作者简介：王锦昌(1984 — )，男，工程师，研究方向为钻完井工程。

基金项目：十二五国家科技重大专项“特殊结构井钻完井工艺技术”(2011ZX05045)；国家自然科学基金中石化联合基金重点基金项目“页岩气低成本高效钻完井技术基础研究”(U1262209)

收稿日期：2015-11-27