鄭琦銘

（大慶鉆探工程公司鉆技一公司，黑龍江大慶163000）

1 概述

油田開發(fā)進(jìn)入中后期，開發(fā)方向逐步轉(zhuǎn)向薄差層，井間距離不斷縮小，地下環(huán)境變得錯綜復(fù)雜，封固質(zhì)量難以保證。井網(wǎng)不斷加密，長期注水、聚合物注采失衡、嚴(yán)重破壞地層原始壓力，各層位之間竄通嚴(yán)重，層間和層內(nèi)壓力差異明顯。井網(wǎng)密集造成井間干擾，極大影響固井封固質(zhì)量，尤其是在低壓高滲層保證固井質(zhì)量更為困難[1-2]。地層流體高度活躍，候凝期間的水泥漿不斷受到?jīng)_蝕，導(dǎo)致漿體性能惡化嚴(yán)重，針對此問題進(jìn)行了耐沖蝕理論分析研究，從而提高候凝期間水泥的耐沖蝕能力。

2 耐沖蝕水泥漿總體設(shè)計

調(diào)整井固井后，地層水不間斷地侵入、沖蝕水泥漿，造成水泥漿被稀釋，導(dǎo)致水灰比增大，影響水泥石強(qiáng)度發(fā)展。大量地層水侵入引發(fā)水泥環(huán)體積產(chǎn)生收縮、強(qiáng)度增長緩慢、水泥漿性能惡化，封固質(zhì)量無法滿足要求。因此實(shí)驗(yàn)應(yīng)用過程中，著重從提高耐沖蝕和防滲抗竄能力入手，主要考慮了：

（1）耐沖蝕水泥漿能夠形成相應(yīng)的膠結(jié)層，該膠結(jié)層具有阻止地層流體侵入、沖蝕的能力。隨著水泥漿體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的迅速生成，進(jìn)一步規(guī)避了流體的侵入幾率。

（2）耐沖蝕水泥漿中要具有相當(dāng)數(shù)量經(jīng)過顆粒級配的微細(xì)材料，利用顆粒級配作用形成不滲透膜，降低流體侵入幾率。

（3）耐沖蝕水泥漿要避免微環(huán)隙、微裂縫的出現(xiàn)，使水泥石結(jié)構(gòu)更加致密。同時水泥石要能夠產(chǎn)生合理的膨脹，避免出現(xiàn)微間隙，增強(qiáng)水泥漿的抗沖蝕能力。

3 耐沖蝕水泥漿組分研究

統(tǒng)籌考慮如何提高調(diào)整井固井質(zhì)量，以及水泥漿耐沖蝕設(shè)計要求，實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的耐沖蝕水泥漿不但要擁有優(yōu)良的流變性、較低的失水；同時要具有較高的頂替效率、較強(qiáng)的耐沖蝕性、水泥石能夠產(chǎn)生合理的微膨脹。研究主要從解決常規(guī)水泥漿頂替效率低、防滲抗竄以及耐地層水沖蝕能力差、稠化過渡時間長、體積收縮等缺點(diǎn)著手，建立耐沖蝕水泥漿設(shè)計模型。通過耐沖蝕理論研究，顆粒級配原理分析，實(shí)驗(yàn)優(yōu)化出耐沖蝕水泥。

3.1 膠聯(lián)劑的選擇

某些聚合物在水泥漿中能夠形成相應(yīng)的膠結(jié)層，該膠結(jié)層具有阻止地層流體侵入、沖蝕的能力。隨著水泥漿體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的迅速生成，進(jìn)一步規(guī)避了流體的侵入幾率。

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，評價篩選出了新型生物基聚合物，具有長鏈結(jié)構(gòu)，官能團(tuán)活性強(qiáng)，能夠強(qiáng)烈吸附水泥顆粒。該聚合物分子量適宜，溶解性好，形成的網(wǎng)狀體充斥在水泥漿中與環(huán)空界面及水泥顆粒具有良好的粘接性和親和性。再加上水泥顆粒以及超細(xì)材料的充填堵塞，使水泥漿體形成具有較高膠凝強(qiáng)度的致密結(jié)構(gòu)，顯著提高候凝期間抵抗流體沖蝕侵入、抑制流體在水泥漿中運(yùn)移能力。

3.2 增強(qiáng)材料的選擇

膠聯(lián)劑通過膠聯(lián)反應(yīng)吸附水泥顆粒所形成的膠聯(lián)體存在一定的缺陷。例如：結(jié)構(gòu)不夠致密，存在一些獨(dú)立或聯(lián)通的孔隙[3]。對此，可以通過加入具有水化活性的超細(xì)增強(qiáng)材料，利用顆粒級配和緊密堆積進(jìn)行充填，與膠聯(lián)劑共同發(fā)揮作用，產(chǎn)生低滲透性的膠聯(lián)結(jié)構(gòu)。

在耐沖蝕理論研究、顆粒級配原理分析基礎(chǔ)上，選擇出一種耐沖蝕添加材料。該材料由多種具有不同顆粒級配和最佳比率、水化活性高的超細(xì)礦物材料組成。主要成分為活性SiO2，粒徑分布0.1~30μm，參與水化反應(yīng)生成凝膠填充在水泥水化產(chǎn)物之間。當(dāng)微硅、硅砂加量足夠時,組成水泥石物相的Ca(OH)2將會很少,甚至沒有,大量C-S-H凝膠的產(chǎn)生，水泥耐沖蝕性提高。在足夠量微細(xì)硅質(zhì)材料存在下，C3S水化生成的結(jié)構(gòu)具有類似C-S-H(Ⅱ)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)變得更為致密。

3.3 早強(qiáng)劑的選擇

提高強(qiáng)度的發(fā)展速率，對耐沖蝕水泥具有積極意義，室內(nèi)優(yōu)選出了相匹配的早強(qiáng)劑，耐沖蝕水泥的水化速度顯著增加。該早強(qiáng)劑由多種有機(jī)和無機(jī)材料復(fù)配形成，能夠和水泥組分快速生成鈣釩石，提高水泥早期硬化速率。早強(qiáng)劑可以在水泥漿硬化過程中產(chǎn)生體積微膨脹，并降低水泥石孔隙率。在增強(qiáng)材料的共同作用下，發(fā)揮早強(qiáng)、密實(shí)、微膨功能，顯著提高耐沖蝕水泥的早期強(qiáng)度。

3.4 降失水劑的選擇

針對油田地層特點(diǎn)，優(yōu)選出了與耐沖蝕水泥漿體系匹配的降失水劑。該降失水劑增大了水泥顆粒之間的聚結(jié)阻力，體系更趨向于分散，漿體更加密實(shí)，增大了濾餅致密程度，有效地降低了失水量。

在不同顆粒級配增強(qiáng)材料的協(xié)同作用下，形成的濾餅中，粒徑小的顆粒充填在大顆粒形成的通道中，進(jìn)一步提高了濾餅的致密性，產(chǎn)生失水更加困難。

4 耐沖蝕水泥漿體系性能評價

調(diào)整井薄差層開發(fā)要求水泥漿要具有較強(qiáng)的耐沖蝕性，使用實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出的配套外加劑，對耐沖蝕水泥漿性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)評價。

4.1 耐沖蝕水泥漿界面耐沖蝕能力

配制耐沖蝕水泥漿與常規(guī)水泥漿進(jìn)行耐沖蝕性能對比評價，將兩種水泥漿倒入準(zhǔn)備好的模具，分別稱量其重量并放置30min。在相同條件下對兩種水泥漿進(jìn)行沖蝕后，重新稱重，通過測量這兩種水泥漿損失質(zhì)量的大小對比其抗沖蝕能力的強(qiáng)弱。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：耐沖蝕水泥漿重量減小1.63%，G級水泥漿重量減小6.54%，表明耐沖蝕水泥漿具有阻止地層流體侵入、沖蝕的能力。

4.2 耐沖蝕水泥漿界面膠結(jié)強(qiáng)度

在相同實(shí)驗(yàn)條件下，測試耐沖蝕水泥漿的界面膠結(jié)強(qiáng)度，并與常規(guī)水泥漿進(jìn)行對比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：耐沖蝕水泥漿的界面膠結(jié)強(qiáng)度相較于常規(guī)水泥漿有明顯的提高，期齡2d界面強(qiáng)度提高了52%，期齡15d界面強(qiáng)度提高達(dá)64%。

4.3 耐沖蝕水泥漿防滲抗竄性能

為了檢驗(yàn)?zāi)蜎_蝕水泥漿的防滲抗竄性能，分別測試了耐沖蝕水泥漿的失水量和稠化過渡時間，以及養(yǎng)護(hù)2d、15d水泥石的滲透率，并與常規(guī)水泥漿進(jìn)行對比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1、表2所示，耐沖蝕水泥漿防滲抗竄性能優(yōu)良。

表1 防竄性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 滲透率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

5 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

耐沖蝕水泥漿通過30多口井現(xiàn)場使用，固井質(zhì)量全部達(dá)到優(yōu)質(zhì)，固井檢測結(jié)果明顯改善。

6 結(jié)論

（1）通過耐沖蝕理論研究、顆粒級配原理分析，實(shí)驗(yàn)優(yōu)化出耐沖蝕水泥，并進(jìn)行了成功應(yīng)用。

（2）開發(fā)的耐沖蝕水泥漿流變性能好，具有較強(qiáng)的防止水、氣竄流和耐沖蝕能力，能顯著提高水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量。

（3）耐沖蝕水泥漿通過30多口井現(xiàn)場使用，固井質(zhì)量全部達(dá)到優(yōu)質(zhì)，固井檢測結(jié)果明顯改善。