２０１０年第１２期 内蒙古石油化工 １ 胶乳防窜水泥浆的室内研究与现场应用 王其春 （中国石化石油工程工程技术研究院，北京１００１０１） 摘 要：对室内合成胶乳进行了粒径测试，室内研究了胶乳加量对水泥浆基本性能的影响，得出胶 乳可有效改善水泥浆的失水性能，增强水泥石的韧性，提高水泥环的密封性，有助于提高固井胶结质量， 据此优选出了胶乳防窜水泥浆体系，对其静胶凝强度发展、防窜性能等作了相关评价，其胶凝强度过渡 很快，防气窜测试无气窜发生，具有良好的防窜效果。并介绍了该胶乳防窜体系在毛坝７井的现场应用。 关键词：胶乳；防窜；水泥石；韧性 中图分类号：ＴＱｌＺ７．７５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－－７９８１（２０１０）１２一ｏｏＯ１—０４ （ＡＰＩ失水～般可控制在５０ｍｌ以下），降低对储层的 污染，有效保护油气层；③过渡时间短，稠化曲线呈 近“直角”，并能降低水泥石的渗透率，防止环空窜 胶乳水泥外加剂是伴随环空窜流机理研究的逐 步深入和综合考虑“界面胶结能力、失重有效控制、 缩短过渡时间、圈闭自由液”的基础上研究开发成功 的。 流；④水泥石的弹性及抗拉强度高，耐抗冲击能力 强，能桥堵微缝隙，抑制微缝隙的开展，降低射孔时 水泥环破裂度；能有效提高水泥环的第一和第二界 面的胶结强度，有利于层间分隔，水泥石对应力变 化，气体腐蚀等有较强的抵抗能力，延长油气井的寿 命。Ｄ－ｚ］ １胶乳水泥浆体系的室内实验 １．１ 实验仪器 乳胶粒径为２００ ５００ｎｍ，比水泥颗粒粒径（一 般约在２０，－－－５０￣ｍ）小得多，胶粒具有弹性，水泥浆形 成滤饼时一部分胶粒挤塞、填充于水泥颗粒间的空 隙中使滤饼的渗透率降低，另一方面，胶粒在压差的 作用下在水泥颗粒间聚集成膜，这层覆盖在滤饼表 面的膜，阻止气体窜入水泥浆 胶乳体系水泥浆在较 宽的温度范围内（４Ｏ～１７０＂Ｃ）都有良好的失水控制 能力（可控制低于２０ｍ１），甚至在很低的温度（２５℃） 都能将ＡＰＩ失水控制在５０ｍｌ。水泥浆中加入胶乳可 有效降低水泥浆的滤失量，降低水泥浆的渗透率，减 ①ＣＨＡＮＤＬＥＲ ７１５０型气窜模拟分析仪。 ②ＣＨＡＮＤＬＥＲ ５２６５Ｕ型水泥浆静胶凝强度 分析仪。 少水泥石的收缩提高水泥石的弹性，使水泥浆具有 很强的阻力来阻止气体进入水泥环的能力，而且水 ③强度试验仪。 １．２实验材料 泥石不易受到冲击载荷的破坏，保持水泥环的完整 性 ①嘉华Ｇ级水泥：四川嘉华水泥厂生产； ②丁苯胶乳ＤＣ２Ｏ０：室内合成，取样自５ｋｇ级放 大产品； 当应用胶乳水泥浆封闭气层时，随着水泥水化 反应的进行，环绕水泥颗粒的水被消耗，胶乳局部体 积分数升高，产生颗粒聚集，形成空间网络状非渗透 ③辅助增强剂ＳＤ一１：非离子交联聚合物，自 制； 薄膜，完全填充水泥颗粒间的空隙，避免环空窜流发 生。胶乳水泥浆的主要优点是：①能完全分散于水泥 浆，提高了水泥浆的施工性能，在凝固前具有良好的 流变性能和较好的沉降稳定性；②能有效控制失水 ④胶乳稳定剂ｓＤ一２：阳离子表面活性剂混合 物，自制； ⑤分散剂ＤＺＳ：磺化丙酮甲醛缩聚物，自制； ⑥缓凝剂ＤＺＨ：自制。 收稿日期：２Ｏ１Ｏ—Ｏ４一Ｏ８ 基金项目：国家高技术研究发展计划（“８６３”计划）项目“高温高压高含硫新型防气窜防腐水泥浆体系研究” （２００６ＡＡ０６Ｚ２０９）部分研究成果。 作者简介：王其春（１９７８一），男，山东郓城人，工程师，２０００年毕业西南石油学院油田化学专业，中国石油大学（华东）在 读硕士研究生，在中国石化石油工程技术研究院固井完井所主要从事固井外加剂、固井工艺技术研究。 ２０１０年第１２期 王其春胶乳防窜水泥浆的室内研究与现场应用 ３ 配方中改变其中胶乳ＤＣ２００的加量，测定凝固后水 泥石的抗压和抗折强度，得出脆度系数，比较其差 别，具体见下表２： 表２ 胶乳加量对水泥石脆度系数的影响 结果分析：通过同一缓凝剂加量改变温度波动 条件，可以水泥浆在高１０＂Ｃ的条件下在正常的范围 内稠化时间减少１００ｍｉｎ左右。５℃左右浮动稠化时 间在６０ｍｉｎ左右。变化情况符合现场工程性能要求。 ２．５缓凝剂加量对胶乳水泥浆稠化时间的影响 实验按照基本配方通过改变体系中缓凝剂的加 量测定稠化时间，评价在该胶乳水泥浆体系中缓凝 剂的加量的线性关系，结果见右图５。图５通过改变 缓凝剂的加量对稠化时间的测试结果可以看出缓凝 剂与稠化时间具有良好的线性关系，稠化时间区间 注：养护条件：９５℃×２４ｈ 范围较大，这样完全可以根据现场实验条件调节稠 化时间。 由上表２可以看出，胶乳的加入虽然使得水泥 石的抗压强度降低，但使抗折强度升高，说明该丁苯 胶乳ＤＣ２００的加入可以明显降低水泥石的脆性，提 高水泥石的韧性和抗冲击能力，从而使得固井水泥 环的密封性更持久，对提高水泥环封固质量，防止地 层流体窜层，延长油井寿命有重要作用。 ２．４温度变化对胶乳水泥浆稠化时间的影响 通过改变实验的温度对该胶乳水泥浆体系稠化 时间进行测试，验证温度波动对其相关性能的影响。 鉴于胶乳水泥浆体系在低温下有稠度升高的现象， 同时也进行了模拟井下固井过程的降温实验，结果 如表３所示： 表３ 温度 、 图５缓凝剂加量变化的稠化时间 ２．６对胶乳水泥浆体系的静胶凝强度分析实验 温度波动对水泥浆性能的影响 １１０℃一８Ｏ℃ １１ｏ℃停机 ｏ０℃ （降温） １１０￣２ １１５＂Ｃ １２０￣２ ２ｏｍ利用美国ｃＨＡＮＤＬＥＲ５２６５型水泥浆超声波强 度分析仪，对胶乳水泥浆抗气窜性能进行静胶凝强 度分析，以此判断水泥浆的防窜性能。曲线如图９。 二 稠化时间（ｍｉｎ）２３５ ５５，ｉＤ抓＋ｔ２ 水 ２０８ １４１ １０７ ２２８ 基本配方；ＪＨＧ＋３０｝《ｓｉＯ２＋３，ｉ徽硅＋ｌＯ｝《Ｄｃ２０ｏ＋７｝ｉｓＤ—ｌ＋２，ｉＳＤ—ｔ＋１．２｝ｉＤｚＳ＋ｎ 实验冬件：ＡＰＩ失水：１１０—１２０Ｘ３Ｘ６．９ＭＰａ稠化宴验：１１０－１２０＇Ｃ￣５５ａｒｉｎ￣７５ＭＰａ ｆＢ∞ １４ ｝＝６０ ｌｍ。 １ ４０ ０ ０ 咖３｜０ ７＂２０ １１００ Ｘ：４０１ａ２１￣ Ｄ ２５４口２１２０ ２ＺＯＯ ３８４０．ｎ２０ ４４：００ ０ 瞄ｎ∞１ １４： Ｕ ２０５ ２：３０ ２茄３ ＂５ ４１０＿∞蛐Ⅱ 哩 枷Ｔｍｅ ＨＨ＿】 图９胶乳体系经胶凝强度发展 结果分析：从胶凝强度曲线图可见，抗高温胶 乳防窜固井水泥静胶凝强度曲线变化速率明显很 ４ 内蒙古石油４￣．ｒ－ ２０１０年第ｌ２期 小，胶凝强度曲线变化速率而近于直角曲线。胶乳防 窜固井水泥浆有较长时间处于液体状态，传递着水 泥浆的液柱压力，有助于“压稳”。当水泥浆一旦形成 胶凝强度，水泥环迅速由液体状态过渡到低渗透固 据采集与处理系统对实验数据进行处理，直接给出 实验中的水泥浆内部孔隙压力变化曲线、水泥浆体 积变化曲线、气窜流速度以及气窜量曲线等。将养护 好的水泥浆倒入气窜模拟装置养护釜后，水泥开始 水化。随着水化作用的进行，水泥浆开始稠化并且浆 体状态达到防止多目的层系、长封固井段的油气水 窜发生，提高深井油气井固井质量。 ２．７对胶乳水泥浆体系的静胶凝强度分析实验 体产生的液柱压力逐渐降低，当水泥浆的液柱压力 小于地层压力时最容易发生气窜。等到水泥浆液柱 压力恰好等于地层压力处，如果此时没有收集到气 利用美国ＣＨＡＮＤＬＥＲ７１５０型气窜模拟分析仪 进行胶乳水泥浆防气窜性能室内实验。通过５２７０数 窜量，就表示该水泥浆具有良好的防气窜效果［４］。 ／≯寸— ， ： ’ ｌ／ ｉ ｉ ：图１Ｏ胶乳水泥浆防气窜性能测试（左１ｌｏ＇ｃ，右１３ｏ＇Ｃ） 图１Ｏ分别是在ｌ１Ｏ℃和１３Ｏ℃条件下进行的防 气窜性能测试。由气窜测试曲线可以看出，在水泥浆 液柱压力等于地层压力时，此时的气窜量为零，并没 胶乳防窜水泥浆体系。 ②合理增加胶乳的加量，可有效改善水泥浆的 失水性能，增强水泥石的韧性，提高水泥环的密封 有收集到气窜量，说明该胶乳水泥浆体系是具有良 性，有助于提高固井胶结质量，达到防窜目的。 好的防气窜效果的。 ３现场应用 ⑧通过对外加剂调节和体系优选出了的胶乳防 窜水泥浆体系，并对其静胶凝强度、防窜性能作了相 毛坝７井是中石化勘探南方分公司部署的一口 预探井，该井位于四川省宣汉县毛坝镇仙米寨村５ 组，为四川盆地川东断褶带毛坝场构造，胶乳水泥浆 用于三开Ｏ１７７．８ｍｍ油层尾管固井，套管下深 关评价，其胶凝强度过渡很快，防气窜测试无气窜发 生，具有良好的防窜效果。 ④现场应用效果良好，通过外加剂调节和体系 优选可开发出适用于多种高压气井 复杂特殊井固 ５０５８ｍ，悬挂器位置２８５０ｍ，需封固裸眼段１９１０ｍ （３１５０－－－，５０６０ｍ），需封固飞仙关组高压气层，井底循 环温度为１ｏｏ℃，现场胶乳水泥浆密度为１．９１，现场 胶乳水泥浆配方为：ＪＨＧ－＋－３ ＤＣ２Ｏ５４－ｌＯ ＤＣ２００ ＋１．０ ＳＤ一２＋６．Ｏ ＳＤ一１＋０．４５％ＤＺＳ＋１．７ 井作业的胶乳水泥浆体系。 ［参考文献］ ［１］ 李文建，姚效，王太聪．国外胶乳水泥固井技 术［Ｊ］．石油钻探技术，１９９７，２５（２）：３４－－－ ３６． ＤＺＨ一１４－０．２ ＤＺＸ＋４４ 现场水。 固井施工时，注冲洗液４ｍ。，隔离液１５ｍ。，胶乳 防窜水泥浆７２ｍ。，施工过程顺利，固井４８ｈ声幅测试 ［２］ 路俊刚，郭小阳，等．胶乳水泥浆体系的室内 研究［Ｊ］．西部探矿工程．２００６，１１８（２）：７８＂－－＂ ８Ｏ． 固井质量良好。 ４结论 ［３］ 关富佳，等．丁苯胶乳水泥浆室内研究口［Ｊ］． 海洋石油，２３（４）．８３￣８６． ①所合成的胶乳粒径测试与国外相关产品相 似，乳液均匀，完全可以作为水泥浆外加剂，配制出 Ｅ４］赖金荣等，ＳＤＪ Ｒ胶乳水泥浆体系研究口］．钻 井液与完井液，２００６，２３（４）７～９．
