抗高温高密度固井水泥浆体系研究

万永华

中石化华东石油工程有限公司工程技术分公司 江苏扬州225009

摘要：随着深层以及超深层油气开发的进行，钻遇高温高压地层的油气井越来越多。与常规油气井相比，高温高压油气井在固井作业方面对水泥浆要求更高。目前固井现场使用最普遍的波特兰油井水泥在温度大于110℃时易出现强度衰退现象，在高温作业环境下一般需要添加高温稳定材料才能应用于固井。常用的水泥浆添加剂材料，如缓凝剂、降失水剂，极易受到温度的影响出现稠化反转或者作用失效的情况。此外，高温高压固井作业通常需要较高密度的水泥浆体系才能更好地压稳地层，以满足固井作业的要求。因此，针对高温高压油气井固井作业，需要研究一系列固井材料，才能构建性能优异的水泥浆体系用于固井施工。本文对抗高温高密度固井水泥浆体系进行分析，以供参考。

关键词：高温；高密度；水泥浆；固井

引言

深井越来越多地遇到深页岩气井、深位移气井等炎热复杂的环境。复杂而敏感的油井不仅温度高，而且具有相对复杂的施工方法，对水泥石性能要求更高。对于填缝施工系统，硅盐水在高温下的强度略有下降。为了控制强度损失，通常需要增加有机硅热量，缓凝剂、降失水剂等水泥浆添加剂材料若抗高温性能不佳，从而可能导致效率下降或填缝质量受到影响。对于复杂的地层来说，如果水泥不够灵活，可能导致进一步加工井产生的底部应力导致水泥石损坏，从而导致水泥石封隔失效。

1概述

钻井过程中的情况越复杂，地温和地压的变化也越大。一般类型的油压机和添加剂已不足以满足热井的性能要求。在高温下，常规类型的固井水泥浆会在高温条件下更快的衰减强度。高温下，井下的水泥环甚至可能断裂，导致机械性能完全丧失，造成塌方。与此同时，高温下水泥的速度正在迅速提高，填缝质量的提高速度将过快。在这种情况下，此时需要再添加高温缓凝剂以便使增稠时间合理，确保施工安全。高温环境也可能严重影响填缝质量、损耗等的性能，需要研究可在高温环境中使用的其他材料。此外，高温降通常需要较高密度的凹槽，而当今密集的凹槽质量系统通常具有粘度高、现场混合困难、稳定性低、性能调节困难和压力强度低等缺点。这对如何设计现场施工的填缝体量构成了更大的挑战。不同因素及配方设计中的设计难点影响高温填埋场的性能，各种添加剂的室内试验，为高温高压油气井固井作业提供技术支持。

2固井超高温水泥浆体系中合成产品的介绍

2.1外加剂

高温固井水泥浆以油井水泥为基础，硅胶等外加剂和水泥外加剂（主要外加制为脱水剂，加入凝集剂和分散剂）。固井水泥的性能可以根据外加容量进行调节和控制。在海外广泛使用的高温固井剂有石灰、沥青等无机材料和纤维素衍生物，负离子聚合物等水溶性高分子，在高温下天然高分子的性能随着成分的不同而不稳定，但是合成高分子固井剂中含有乙烯衍生物和不饱和酯等共聚物，使其理论耐热性大于已有的无机外加剂。

2.2引发剂用量

如果引发剂的用量过低，那么聚合物分子链的长度将增加，并包裹对分子链具有缓冲作用的羧基，从而不能充分发挥凝聚分散作用，使用适合用量的引发剂会增加高分子体在磷中处于伸展状态，活性气团暴露在分子外，具有充分的速度率的污泥中的钙，据悉，铝等离子体在C3S和Ca的生长环境中具有很强的吸附力。如果引发剂使用量过多，不仅会浪费材料，还会引起爆发性的聚合。因此，用于合成下降过滤器引发剂使用量为0.2%。

3水泥浆体系关键添加剂研究

3.1高温稳定剂研究

通常用于深井或热井中使用的任何类型的水泥。温度超过110℃时，强度通常会恶化。因此，高于110℃的井静温度导致水泥强度恶化。在这种情况下，需要防热填缝质量系统。选择有机硅作为填缝质量中的补充混合物，有效防止了高温下水泥石强度的恶化。室内装修采用35%作为恒温器，研究不同量有机硅对填缝质量和实验室值的影响(见表1)。从表1可以看出，不同数量的硅粉可有效降低高温下水泥石砌块强度。砂砾越多，水泥石的压力就越大，强度也就越低。有机硅的混合对水泥石强度的稳定性影响较大。这可能是由其他数量的硅粒子的影响造成的。为此，在制备抗性填缝质量时，采用了氯化硅的混合物来实现高温稳定剂。

表1高温稳定剂的性能

3.2高温降失水剂研究

对于填缝质量系统，如果不使用起爆剂处理填缝质量，湿度损失往往很高，对井筒施工和仓储保护产生不利影响。过多的填缝材料可能会导致施工过程中填缝质量急剧增加，另一方面滤液进入储层对储层造成损害，并影响油源的整合。服用抑制剂是控制填缝质量损失的最有效方法。内部审计在制备过程中评价热聚合物废液的性能，表明HRW-4抑制剂的干预改善了填缝质量的稳定性，其中含有抑制剂的游离填缝质量为零。以8%的掺入8%降失水剂的水泥浆体系失水量比空白水泥浆下降59mL。高分子损耗HRW-4提高了填缝质量粘度，提高了液体过滤阻力，降低了填缝质量的失水率。

3.3高温缓凝剂研究

缓凝剂在固井水泥浆中的主要作用是延长水泥浆稠化时间，防止水泥浆过早无法流动，以确保施工安全。缓凝剂通过表面吸附、生成表面沉淀等方式在固井水泥浆中起作用。由于稠化时间受温度影响较大，因此性能优良的耐高温缓凝剂对抗高温固井水泥浆体系来说至关重要。室内对研选的高温缓凝剂H60L的性能进行评价，缓凝剂H60L能有效调节水泥浆的稠化时间，0.6%加量下缓凝剂的稠化时间在3h以上。随着缓凝剂加量的增加，水泥浆的抗压强度下降，且加量在0.6%以上时抗压强度下降幅度增大。考虑高温缓凝剂H60L对水泥浆性能的综合影响，使用过程中应控制合适的加量。

3.4加重剂研究

铁矿粉加重剂是目前在固井水泥浆中应用最普遍的加重剂之一，但是其在加量较高时容易引起水泥浆增稠明显、抗压强度下降等问题。为了克服铁矿粉加重剂的缺陷，室内制备了一种复合加重材料，并在相同加量下对加重剂性能进行对比评价。相同的加量下，复合加重剂构建的水泥浆体系密度比铁矿粉加重剂水泥浆略高。复合加重剂水泥浆的流变性读数更低，对流变性影响更小，且抗压强度高于铁矿粉水泥浆体系。实验结果表明了制备的复合加重剂材料在高密度水泥浆中的应用效果优异，可作为高密度水泥浆的加重材料。

4水泥浆性能评价

(1) 水泥浆施工性能评价。内部审计评估热弹性填埋场系统的施工性能，主要包括填埋场的流动性、湿度时间和湿度时间、填埋场质量低于50mL的树木数量和水分损失。糖浆稳定自由成型，保证井的质量。填缝流良好，保压时间在3 ~ 5小时之间，以满足井内施工的要求。(2)填缝树机械稳定性高。为研究而设计的热弹性分隔，指出了水泥在高温下电磁性能的长期强度，不同维护期电磁性能的内部审计，水泥石的压力随着时间的推移而增大。混凝土梁的弹性模量增大。28天保养时，水泥的压力和弹性模量分别为32.7 MPa和。7.6 GPA。保持高温并未导致水泥石电磁性能急剧下降，水泥石耐高温性能优良。

结束语

综上所述，开发的超高温固井泥浆系统采用高温防降水剂HT-1，产品的耐温性和耐盐性好；开发的超高温水泥浆系统的高温缓冲剂，调节水泥的浓稠化时间，研究综合性能，该凝集剂满足超高温要求，适用于盐水水泥浆系统，调整缓冲剂HT-2的容量，因此在60℃-200℃的条件下，可以灵活调整水泥的候凝时间，满足固井作业的要求。

参考文献

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