15、防漏水泥浆开发和性能评价(中国石油集团工程技术研究院-邹建龙).docVIP

防漏水泥浆的开发及性能评价 邹建龙 屈建省 吕光明 朱海金 （中国石油集团工程技术研究院） 摘要 为解决固井施工中水泥浆漏失低返难题，开发了防漏外加剂（包括防漏剂和助防漏剂），制备了防漏水泥浆。以水泥浆高温高压失水仪为基础建立了水泥浆堵漏试验装置，并制定了测试方法。试验结果表明，开发的防漏水泥浆具有较好的堵漏性能和施工性能。 水泥浆漏失低返是国内外油田普遍存在且尚未完全解决的技术难题之一，在多压力层系、长封固段和低压易漏性地层的固井施工中尤为突出。固井施工之前，应采取各种堵漏措施解决或减轻井漏问题，但固井前即使已经堵住了漏失，固井时仍然可能因为环空发生憋堵、原有堵漏不彻底、水泥浆附加量过多等原因而再次发生漏失。 为防止固井时发生漏失，从固井工艺方面来看，可采用分级固井、正注反挤、使用套管外封隔器等措施，但这些措施的实施需要对漏层的准确定位，而且存在施工风险。从水泥浆方面来看，可采用低密度水泥浆、触变水泥浆等方法。低密度水泥浆可以防止漏失，但不具备堵漏功能，不能提高地层承压能力，不适用于多压力层系地层。触变水泥浆具有堵漏作用，但施工风险大，如触变性弱，则堵漏效果不佳，如触变性强，则施工中容易憋泵。 在水泥浆中加入适当的堵漏材料（如特种纤维材料）可以使水泥浆具有堵漏功能，可以提高薄弱地层的承压能力，是提高水泥浆防漏堵漏性能的有效方法，是解决水泥浆漏失低返问题的有效途径，近年来在国内外有少量报道[1,2]。 防漏水泥浆的组成 防漏水泥浆主要由水泥、外掺料、水、及外加剂组成，其中外加剂主要包括： （1）防漏剂BCE-200S BCE-200S由纤维及适量助剂组成。纤维具有适宜的尺寸，表面经过亲水处理，在水泥浆中良好分散，形成网络结构，具有较好的防漏堵漏性能。助剂的加入保证了纤维与水泥干混时均匀分散，并可适当提高纤维与水泥的胶结。 （2）助防漏剂BCE-210S BCE-210S由多种外加剂组成，调节水泥浆性能，与防漏剂协同作用，可有效提高水泥浆的防漏堵漏能力。 （3）其它外加剂 其它外加剂包括分散剂CF40S、缓凝剂BXR-200L、促凝剂T90等。 水泥浆堵漏性能评价方法 1．水泥浆堵漏试验装置 API钻井用桥接堵漏材料试验装置（见图1）是于1962年经工业鉴定后开始纳入API标准的。自那以后，其硬件一直未作过较大改进。它主要由试验容器、填充床套筒、顶盖、球阀和可模拟漏层裂缝的不锈钢裂缝板等构件组成。该装置已为广大石油工作者所接受，应用得较为广泛，但是用该装置进行水泥浆堵漏性能测试时，存在较大的缺陷，主要表现在： （1）试验用浆量大。需4000mL浆；而按API规范，实验室常用的水泥混合装置一次只能制备约600mL水泥浆。 （2）由于试验用浆量大，所以难以预处理。水泥浆在测试其堵漏性能之前，应该在常压稠化仪中测试温度下搅拌20min，以模拟注水泥实际过程。在温度升高的情况下，水泥浆性能（特别是流变性能）将发生较大的变化，会影响其堵漏性能，只参考室温下没有经过预搅拌而得到的测试结果存在较大的风险。 （3）无加热装置，无法保温。装置太大，无加热装置，即使浆体经过预处理后也无法保证其在试验过程中温度不下降。 为解决这个问题，在水泥浆高温高压失水仪基础上加工改造了一套试验装置，来测试水泥浆的堵漏性能。该装置具有用浆量少、操作方便、可以加热等特点，适合测试水泥浆堵漏性能，有利于油田推广应用。 图1 API堵漏材料试验装置 图2 水泥浆堵漏试验装置示意图 1-O型密封环 2-填充床 3-带孔的支撑板 4-球阀 1-进气口 2-阀门 3-顶盖 4-活塞 5-工作筒 5-裂缝板 6-安装裂缝板用的联管节 7-接压源的管嘴 6-模块 7-支撑环 8-底盖 9-排液口 10-加热套 在该水泥浆堵漏试验装置中，加工了不同孔隙（1mm-4mm）、不同缝隙（0.5mm-4mm）的模块用于模拟漏失地层（见表1和表2）。模块具有不同的孔隙率和 表1 孔隙模块参数 孔 径 1mm 2mm 2mm 4mm 孔 数 90 22 90 22 孔隙率 3% 12% 表2 缝隙模块参数 缝 长 46mm 缝 宽 0.5mm 1mm 2mm 4mm 缝隙率 1% 2% 4% 8% 注：模块直径均为53.5mm，模块厚度均为6.4mm。 2．水泥浆堵漏试验装置测试方法 水泥浆堵漏试验装置测试方法的制定参考了石油天然气行业标准[3]，并结合了API水泥浆性能测试方法。该评价方法分为动态法和静态法。 1）动态法 （1）在失水筒底盖上放入垫圈，然后在垫圈上放置选定的孔隙板或缝隙板，将失水筒放入加热装置中预热； （2）制备水泥浆并