低密度高强度水泥浆在固井中的应用

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摘要：针对油水井固井要求的不断提高，常规水泥浆固井已经不能够满足生产需要。通过研究和多次的实验，研制出低密度高强度水泥浆。本文介绍了该体系的机理、施工流程及现场实例并进行了总结。

关键词：水泥浆 固井 强度

1 前言

随着油田开发的逐步深入，老油区块由于经受长期的注采不平衡，导致整个地层压力体系发生变化，局部压力亏空，形成低压、易漏层位。另外，一些井由于本身地层情况，承压能力极低，还有，由于对保护油井套管的角度出发，一些深井的水泥返深要求达到技套内，封固段一般都超过2200米，传统的固井技术己经很难满足要求。为此，针对低压、易漏、长封段井情况，以紧密堆集理论为指导，研究出一种能满足低压、易漏、长封固段井及各种井况的低密、高强水泥浆体系。

2 体系机理

该泥浆体系是一种以增强剂PZW为核心的低密高强度矿渣浆技术，它是通过对胶凝材料宏观力学与微观力学的研究并结合超细颗粒和粉未技术而形成的一项新的技术。它通过对胶凝材料颗粒间化学键力与范德华力的研究，建立了范德华力与颗粒中心间距的关系而提出了紧密堆积理论。紧密堆积理论以颗粒级配技术为依托，而PZW是具有合理颗粒直径分布（优选2种以上不同直径的颗粒）、富含硅质胶凝材料组成，可以有效形成物料颗粒级配和紧密堆积，其中的水化活性材料，还可以发生自身的凝硬性反应，并与矿渣中的活性物料发生胶凝反应，配合减轻剂漂珠，形成矿渣、漂珠、增强剂为主要组成物质的、具有合理颗粒分布的低密度高强矿渣浆体系完全能够克服普通低密度水泥浆的缺陷，减少矿渣浆游离液、失水量及矿渣古的收缩，缩短候凝时间，并提高矿渣石的抗压强度和均匀性，抗腐蚀和防气窜能力，并不使用温度和环境水质的限制；增强剂与矿渣一起使用，配制出密度1.20g/cm3受-1.45g/cm3的高性能低密度矿渣浆，其性能可与正常密度矿渣浆相媲美。增强剂PZW表观性状为灰色固体粉未，密度为2.80g/cm3，比表面积为8000-12000，适用温度范围为20-200 ℃（BHCT）。

3综合性能

以增强剂PZW为核心的低密高强矿渣浆体系，与常规矿渣浆相比，大大减小了矿渣浆游离液、失水量，从而具有较低的失水，同时大大降低了水泥石的收缩，提高了矿渣石的均匀性，缩短候凝时间，从而大大提高了矿渣石的抗压强度、抗腐蚀和防气窜能力，而且该水泥浆体系不受使用温度和环境水质的限制，具有更强的适应性。增强剂与矿渣一起使用，可配制出密度为1.2～1.35g/cm3的低密度高强度矿渣浆，其较高的抗压强度及较低的失水可满足不同井的固井施工要求。

4 现场应用实例

以LNXI7-14井为例。

4.1、基础数据：完钻井深：1530米，，套管下深：1526.99米；泥浆性能：密度1.14g/cm3、粘度49秒、失水5毫升、含砂0.3、切力1/3、PH值7.5；易漏失井段（即火成岩井段）1440-1460米、1465-1530米；该区块在火成岩井段的破裂压力19MPa，也就是说在火成岩井段只要泥浆密度超过1.24g/cm3就会发生井漏。

4.2、要求水泥返至600米，实际返至509.03米，按实际返高复算施工结束时火成岩底界即井底1530米处的当量泥浆密度为1.21g/cm3 。该井的施工过程如下 ：

轻浆25 m3+药水前置液3 m3+1.30g/cm3的低密、高强矿渣浆26m3的矿渣浆+CMC液2 m3+泥浆14.4m3+ 2 m3清水碰压。

敞压候凝36小时，测声波变密度，检测固井质量。

质量情况：从声波变密度图看，该井声幅值≤15的优质封固井段占97%，其余井段均为中等封固；从变密度图看，优质封及中等封固占100%。

5 结论

5.1 据颗粒级配合和紧密堆集理研究开发的低密、高强矿渣浆配方，能够显著提高低密度矿渣浆的沉降稳定性体积稳定性，减少游离液含量，降低失水，减少矿渣石收缩，提高了矿渣石抗压强度，大幅提高矿渣石的综合性能。

5.2 PZW增强剂的低密、高强矿渣体系作为一个新的低密度矿渣浆体系，应针对低密度高强度矿渣浆体系的特点，研制或配套相应的外加剂。

5.3利用低密、高强矿渣浆技术及相应配套的外加剂技术，在温度40-200℃的范围内，密度为1.20-1.45g/cm3的低密度高强矿渣浆综合性能良好，矿渣石抗压强度高，失水量低，游离液基本为零，稠化时间可调，矿渣石不收缩。