(胜利油田渤海固井工程技术有限责任公司 山东省东营市 257000)
摘要：当前我国一些地区深井完钻井深度集中在1600-2100m范围，二开钻遇沙海组时经常发生漏失，针对彰武地区中深井固井存在漏失的问题，一些公司主要采用分级固井和密度为1.5Og/cm3，的低密度水泥浆体系来解决，但固井过程中发生漏失的情况仍无法解决。因此，采用更低密度的水泥浆体系，以达到降低有效的液柱压力，避免固井时发生漏失，从而减少对油气储层的污染的目的。目前，市场上存在能够满足彰武地区的固井要求的低密度水泥浆减轻材料，例如国外进口的3M漂珠，但材料成本较高。因此，针对中深井固井的具体情况，对固井水泥浆提出了控制成本、降低密度、优质的工程性能、更好的环空封隔能力等四方面要求。
关键词：超深水；低温；低密度；水泥浆
随着陆地油气资源的不断减少，油气勘探、开采的重心逐步由陆地转向海洋，其中深水蕴藏着丰富的油气资源，所以对深水油气开采技术的研究开发尤显重要。深水钻井过程的低温、浅层流、低破裂压力等特点对固井水泥浆提出了特殊的要求。目前中国南海的深水井钻井水深已超过2000m ,并迈向3000m的超深水，如此水深温度可低至4摄氏度，低温延缓了油井水泥的水化，影响了水泥石抗压强度发展，特别是在近似0℃的低温环境下，普通“G”级油井水泥中的主要成分硅酸二钙和硅酸三钙几乎停止了水化、固化反应，使钻井作业无法继续进行;同时随着水深的增加，地层的破裂压力梯度在降低，致使破裂压力梯度和地层孔隙压力梯度之间的窗口较窄，为了防止井漏，通常深水表层固井选用低密度水泥浆体系。 因此，为解决超深水超低温条件下的固井难题，本文主要探究一套低温低密度早强水泥浆体系。
1减轻剂的优选
按照减轻原理，油井水泥用减轻剂一般被分为两类:第一类减轻剂主要依靠吸水或增粘作用降低水泥浆密度，水灰比大小是决定水泥浆密度的主要因素。这类减轻剂包括水玻璃、硅藻土、悬浮剂、硬沥青等。这一类减轻剂成本比较低，但是以此作为减轻剂的水泥浆体系，在配置过程中需水量大，导致大水灰比较大，进一步带来水泥浆自由水含量高、失水量高、渗透率高以及水泥石强度低等问题。第二类减轻剂减轻作用，主要依靠的自身的低密度，例如漂珠和气体等。使用此类减轻剂配制得密度水泥浆体系，液固比较低，因此具有游离液含量低，水泥石强度高，稳定性易于调节等优势。在选择减轻剂时通常遵循以下原则:减轻作用明显，能有效降低水泥浆密度;水泥浆稳定性良好，水泥石体积收缩小;减轻剂具有一定的反应活性，能够提高水泥石早期强度;施工方便，在满足性能要求的前提下尽可能降低成本，便于推广应用。
2微硅的选择
微硅又称硅灰，是大电炉中生产硅或硅铁合金的一种副产品。由85%-98%的无型二氧化硅组成，其密度为2.65g/cm3左右，微硅在低密度水泥浆中的作用主要为:
（1）微硅的加入可降低水泥石的渗透率，增加流体流动阻力，从而对防比气窜有一定作用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因为微硅的粒径比水泥小两个数量级，微硅颗粒能分布于水泥颗粒之间，使水泥颗粒之间的孔喉变得很小，改善水泥石的孔隙结构；
（2）微硅比表面积大，吸水性强，能降低水泥浆的游离液，降低失水量，在漂珠低密度水泥浆中加入一定量的微硅可以防止漂珠上浮，提高浆体的沉降稳定性:
（3）由于微硅含有大量的无定型二氧化硅和较大的比表面积，反应活性很高，加入水泥浆中可促进水泥水化反应，能提高水泥石的早期抗压强度高和胶结强度;
（4）微硅能与氢氧化钙快速发生火山灰效应，生成低C/S比的C-S-H( II)的水化硅酸钙，由于水泥浆体系中氢氧化钙含量下降，也减弱溶蚀作用，降低离子交换能力，能够提高水泥石的抗腐蚀性能。
3基本配比研究
漂珠具有质轻，易漂浮的特性。漂珠加量过多，会使得水泥浆沉降严重，水泥石出现分层的现象，严重影响水泥浆的综合性能。漂珠加量越多，水泥浆密度越低;反之加量越少，水泥浆密度越高。为了得到高强低密度水泥浆，即提高水泥的强度和降低水灰比，就要控制漂珠的加量。
微硅具有比表面积大，吸水性强的特点，能降低水泥浆的游离液和失水量，能够提高水泥浆浆体稳定性。同时微硅颗粒充填与水泥颗粒之间，具有提高水泥石抗压强度，增强水泥石抗渗能力等作用。微硅加量为5%为最佳。当微硅的加量为10%时，为了保证水泥浆的密度则需要更多的水，使得水泥石的抗压强度有所降低。另外，随着微硅加量增大，水泥浆的流动度会降低，不能满足后期实验的要求。故在1.25g/cm3, 1.30g/cm3, 1.35g/cm3，的水泥浆体系中，微硅的加量均为水泥质量的5%为最佳加量，兼顾水泥浆的流动度和稳定性的同时也有良好的强度。
4低密度水泥浆体系外加剂优选
低密度水泥浆体系用于彰武地区中深井固井，由于是低密度封固产层，因此对低密度水泥浆体系性能的要求也很严格。特别是低密度水泥浆体系早期强度的发展。通过减轻剂和微硅的优选，降低液固比等技术措施，综合考虑水泥浆体系稳定性及早期抗压强度发展确定了低密度水泥浆的基本配比。但是单纯靠水泥以及外掺料的性能并不能满足彰武地区中深井的要求。因此需要通过外加剂的优选，改善低密度水泥浆性能，使其达到要求。通过对降失水剂、早强剂、分散剂、促凝剂等优选，有效的提高了低密度水泥浆体系沉降稳定性，早期抗压强度等性能，使其满足彰武地区中深井固井的要求。
为了防止和减少水泥浆在替、注时由于压差作用渗透到地层中产生失水，一般要加入降失水剂，通过加入降失水剂能够有效控制失水量，解决在水泥浆注替过程中由于失水带来的密度升高，流变性变差，稠化时间缩短等问题。目前国内外可做油井降失水剂的有两种材料:固体颗粒材料(彭润土)和水溶性高分子聚合物(纤维素衍生物、非离子人工合成聚合物、阴离子人工合成聚合物、阳离子合成聚合物等)。
关于降失水剂的作用机理主要是:
（1）提高了水泥浆劲度，使之不容易脱水;
（2）提高了水泥浆的静切力;
（3）粒度大小分布不同的颗粒材料，堵塞地层空隙或微缝。
随着降失水剂加量的增加，水泥浆体系的API失水量也相应减少，当加量超过2%时，水泥浆体系失水量基本小于50ml。这是由于降失水剂通过包被和吸附作用，改善滤饼结构，让其变的更加致密，从而加少了水泥浆体系失水量。并且随着温度升高水泥浆体系失水量相应提高，随着密度的升高失水量相应减少，通过对降失水剂对水泥浆体系降失水规律评价，确定降失水剂加量在2%-4% 。
5结语
目前中国南海的钻井水深已接近3000m，随之带来低温、水泥石早期强度发展缓慢等问题针对超深水的固井技术难题，开发出了新型低温低密度水泥桨体系，包括减轻材料，配套深水降失水剂等。这套体系具有更优良的低温早强性能，满足超深水固井作业需求。
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论文作者:王正
论文发表刊物:《论证与研究》2020年1期
论文发表时间:2020/5/6