摘要：固井是油气井建井过程中最为重要的环节之一，其主要目的就是封隔井内的油、气、水层，防止层间互窜，为后期储层改造创造条件，保护油气井套管，增加油气井的寿命。因此，如何有效封固地层和提高固井质量，一直是国内外石油工程领域研究的一个重点。基于此，文章以克拉玛依地区致密油气水平井固井为例，分析了水平固井对水泥浆性能的要求，通过实验分析对韧性膨胀防窜水泥浆的性能进行研究，以此为水平井固井的施工提供保障。
关键词：水平固井；水泥浆；固井质量
1水平井固井对水泥浆性能要求
致密油气后期多级压裂的施工压力高、作业时间长。而水泥石属于硬脆性材料，与地层、套管弹性和变形能力相比，差异明显。压裂施工时，水泥环受高内压与冲击作用极易发生破坏，形成宏观裂缝。压裂液会随水泥环产生的裂缝流动，降低压裂效果，被破坏后水泥环失去层间封隔和保护套管的作用，严重影响到致密油气井的正常开发与开采寿命。此外，由于水泥水化过程中会发生较大的体积收缩，在环空形成水泥环后，体积收缩会造成界面出现微环隙，成为地层流体的窜流通道。研究表明，当水泥环界面存在20m（0.02mm）以上的微间隙时，在CBL测井中就会引起较大的振幅，成为可能的窜流通道。因此，降低水泥石的体积收缩率，有助于减少因收缩带来的微环隙通道。
2韧性膨胀防窜水泥浆研究
根据水泥石失效机理分析，防止水泥环失效的主要手段是从优化油井水泥浆性能、防止油井水泥水化体积收缩、增强水泥石抗地层水腐蚀的能力及改善水泥石的力学形变特性等方面着手。为提高水泥浆及水泥石的层间封隔性能，开展膨胀剂及水泥增韧剂复合固井材料研究，使得水泥石具有微膨胀和抗冲击性能。
2.1优选韧性纤维、水泥石膨胀剂
（1）水泥浆体系配方：嘉华G级水泥+30%石英砂+3%微硅+4%降失水剂（DRF-120L）+1.3%纤维材料+2.7%膨胀剂WD-H+1.1%缓凝剂（DRH-310S）+0.55%缓凝剂（DRH-320S）+0.3%分散剂（DRS-1S）+0.05%消泡剂（SP-A）。
（2）加入增韧和膨胀材料的水泥浆体系具有以下优点:微膨胀性能能够防止水平段上部出现微间隙，提高二界面胶结强度;纤维增韧性能为后续体积改提供力学性能优良的水泥环。
2.2水泥石三轴实验分析
纤维本身具有较高的抗拉、抗折强度及延伸性；纤维水泥浆体系具有较好的相容性和较高的黏附性，能形成具有各向异性的高韧性水泥石；纤维在水泥石中形成致密的网状结构，对水泥石缺陷处的裂纹尖端应力场形成屏蔽，从而提高水泥石的断裂韧性。通过在不同围压下，对比纯水泥石和加入膨胀剂和纤维的水泥石，发现弹性模量明显降低，泊松比也有所提高,强度也明显提高，说明纤维在水泥石中形成致密的网状结构，从而提高水泥石的断裂韧性。
2.3高温稠化实验分析
（1）水泥浆体系配方：嘉华G级水泥+30%石英砂+3%微硅+4%降失水剂（DRF-120L）+1.3%纤维材料+2.7%膨胀剂WD-H+1.1%缓凝剂（DRH-310S）+0.55%缓凝剂（DRH-320S）+0.3%分散剂（DRS-1S）+0.05%消泡剂（SP-A），L/S=0.40。
（2）水泥浆体系的稠化时间：据表1中水泥浆稠化实验数据可知，在130℃时，该水泥浆体系的稠化时间具有可调性，能够满足工程运用的要求。
2.4超声波实验分析
超声波静胶凝强度测试仪主要是用于测试水泥浆体系的静胶凝强度以及强度发展情况。
（1）水泥浆体系配方：嘉华G级水泥+30%石英砂+3%微硅+4%降失水剂（DRF-120L）+1.3%纤维材料+2.7%膨胀剂WD-H+1.1%缓凝剂（DRH-310S）+0.55%缓凝剂（DRH-320S）+0.3%分散剂（DRS-1S）+0.05%消泡剂（SP-A），L/S=0.40。
（2）静胶凝强度测试：从表2强度发展的初始时间看，该水泥浆体系能够满足工程运用的要求。
3固井工艺研究
3.1浆柱结构
为提高顶替效率，一般要求固井过程中各工作液要有一定的密度极差，满足钻井液密度<隔离液密度<水泥浆密度的要求。如表5所示，本井1900.0-3875.0封固段全部采用本文研究的韧性微膨胀水泥浆，设计密度为2.25g/cm3，用量为27.0m3.隔离液采用本文研究的冲洗隔离液，密度为2.20g/cm3，按照1m3/min排量条件下冲洗25min设计，用量为25.0m3。为防止环空微间隙的产生，采用全井筒清水顶替。
3.2冲洗隔离液
冲洗隔离液配方为:水+5%SD80+0.4%SD85十重晶石，密度为2.20g/cm3。取现场油基钻井液按照1m3/min排量、冲洗25min的条件进行模拟冲洗评价，冲洗实验结果表明:设计的冲洗隔离液能够有效地清洗附着的油基钻井液，冲洗效率达到97.7%，清洗后的表面水润湿性良好，能够满足现场作业要求。
参考文献
[1]林勇.储气库注采井钻完井方案设计[D].西安石油大学,2013.
[2]仝继昌,张娜,郭进忠,王炳红,冯名正,陈平.致密砂岩水平井固井水泥浆体系研究及应用[J].石油地质与工程,2016,02:130-132.
论文作者:李健
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/8
标签：水泥浆论文; 水泥论文; 体系论文; 致密论文; 纤维论文; 韧性论文; 强度论文; 《基层建设》2017年第11期论文;