二叠系固井堵漏技术及配方优选探讨

【摘要】在裂缝性地层钻井过程中经常发生钻井液漏失的现象，给井下安全造成巨大的挑战，同时对油气层造成不可避免的污染;裂缝性漏失一般漏失量比较大，当钻井液静止时，裂缝性的地层会随地层压力和地层流体变化发生短期愈合的假象，表现形式为在小排量、含堵漏材料的钻井液可建立循环;本文结合裂缝性堵漏一般规律，确定较理想的堵漏配方。

【关键词】二叠系;固井技术;水泥浆

地下岩层中存在不同程度的自然裂缝，在破碎地层带钻进，伴随憋跳、钻速加快等现象的出现时发生井漏，漏失速度一般在20～100m3/h;目前堵漏工艺较多，各有优点和缺点，如下桥塞、应用桥接堵漏剂等等;在压差较大的裸眼井段不适合用桥塞堵漏剂，最主要结合固井施工工艺和水泥浆体系进行有效的操作;对于空隙性低压地层、渗漏性地层和诱导裂缝性地层，采用低密度水泥浆具有一定的防漏，但其具有高体积收缩性、高脆性、抗压强度低、水泥浆体系稳定性差的特点，不能有效的防漏和改善固井质量。为此本文针对二叠系漏失地层进行的案例分析及探讨。

一、二叠系堵漏技术难点

（1）白垩系、侏罗系、三叠系、石灰系泥岩易吸水膨胀或剥落掉块，对固井施工，特别是前置液体系以及水泥浆体系提出较高的要求。

（2）二叠系地层应力大，井壁稳定性差，极易造成井下复杂情况。

（3）采用常规密度水泥浆体系（1.90g/cm3），水泥石后期强度较高，钻塞进行下一步开钻时容易形成新井眼，这样就不能满足钻井工程设计对井身质量的要求。

（4）三叠系和志留系出现盐水侵和HCO-3污染，井底温度较高，对固井施工安全影响较大。

二、针对二叠系堵漏的技术原理及相关应用

二叠系堵漏水泥浆体系大部分采用低密度和静液柱压力比较低的配方，但这样容易出现水泥浆下落的情况，从而造成水泥浆进入不到目的层，为此采取高触变性水泥浆体系和低密度纤维水泥浆体系。

（一）触变性水泥浆相关原理解释

水泥浆触变性是指搅拌后水泥浆变稀，静止后变稠的特。即水泥浆在一定的剪切速率作用下，视粘度随作用时间的延长而逐渐减小，当剪切作用停止后，水泥浆视粘度又重新升高的现象。作用机理：1.由于胶凝强度增加，水泥浆的重量被悬挂在井壁上，降低了作用在地层上的液柱压力;2.当触变性水泥浆进入漏层后，其流速减慢，浆体结构迅速形成，而后水泥浆流动阻力增大，漏失地层易被堵塞，从而达到固井堵漏施工的效果;3.触变水泥浆失重值等于过平衡压力时，其胶凝强度可达到240Pa，可有效防气窜;4.渗透地层堵漏，可把触变性水泥浆作为先导浆，以达到增加挤住压力提高挤水泥成功率的目的。

（二）增韧纤维水泥浆体系相关机理解释

利用纤维材料的边缘与孔隙、裂缝产生的较大的摩擦、组挂和滞留作用，形成网架结构，进而利用纤维细而光滑。曲张变形的特点造成无孔不入，滑而易动的环境，再以纤维的密集堆积作用，达到堵漏效果。其作用机理如下：1.纤维进入漏层后，其稠度和塑形强度急剧增加，很快失去流动性，同时与漏失通道孔隙壁面形成堵塞物，从而避免与地层水接触出现強烈稀释现象，达到堵漏效果;2.纤维水泥浆体系与原浆相比流动度降低2.5%，加入纤维后，失水量降低15.6%，主要原因时水泥浆的不同尺寸的纤维存在，使得其失水面积减少，水分子迁移困难，不过其稠化时间缩短大约66%;3.纤维水泥浆沉降稳定的提高，一般原浆基本服从受阻沉降原理，不论团粒大小如何均已相同的速度沉降。纤维在水化颗粒及井壁间形成不同类型的网状结构，从而阻止水泥颗粒的下沉，增加水泥浆沉降稳定性;4.纤维水泥浆体系抗渗透性提高、降低了水泥石体积收缩。水泥在掺入纤维后，由于表层材料中存在纤维材料，使得失水面积减少，水分子迁移困难，从而使毛细管失水收缩形成的毛细张力有所下降，纤维与水泥之间的界面的粘接力会增加水泥石抗收缩变形的能力，降低水泥石收缩变形值。

（三）低密度水泥浆体系相关机理

低密度水泥浆体系发展至今大概有四种：一种是加入高比例的混合水，并控制游离液，一般加入粘性的轻质填充物，如膨润土、水玻璃等等，一般密度只能降到1.44g/cm3，第二种是加入细小而耐压的中空玻璃微珠，密度能达到1.32g/cm3，第三种是利用钻井液、矿渣、微硅通过钻井液转化技术，使水浆密度达到1.32～1.6 g/cm3，第四种使泡沫水泥，在基浆中加入微珠，使水泥浆密度降到最低。

1.粉煤灰与水泥水化时析出游离石灰反应生成稳定的低钙硅酸水化物，提高了水泥石强度和致密性，从而水泥中游离的石灰被水或二氧化碳浸洗形成孔隙，引起水泥的腐蚀和破坏，因此粉煤灰不仅有其他低密度水泥具有的高强度，而且具有抗渗透性和抗硫酸盐腐蚀能力。

2.粉煤灰水泥浆体系具有良好的稳定性，但存在游离液大的缺点，故需配合其他添加剂改善其性能，如加入10%微硅，提高了水泥石的致密结构，抗腐蚀能力进一步提高，同时微硅水泥浆体系安定性和触变性好，析水、体积收缩率基本为零，水泥浆密度差甚微，主要是微硅粒径小，比表面大，吸附能力强的缘故。

三、二叠系堵漏水泥浆外加剂及配方优选

（一）室内水泥浆实验

针对二叠系堵漏固井技术难点，通过对甲方外加剂厂家的咨询和固井实验室反复的小样实验，最终调出合适的水泥浆体系。

该水泥浆体系是水溶性聚合物降失水，通过吸附和聚集的双重作用，在溶液中形成弱胶结的胶体聚集地，可稳定的嵌入滤饼，同时通过粉煤灰调节密度，减少液柱压力，加入微硅提高浆体安定性及抗腐蚀能力有效解决三叠系存在的HCO-3问题，增韧纤维的加入并能吸附在水泥颗粒表面，减小孔隙尺寸，具有降滤失、防漏、防窜优良特性。

（二）固井水泥浆实验配方

基于室内试验数据，利用现场的阿克苏G级水泥+粉煤灰、现场水与沃尔德外加剂进行了配伍实验验证，试验条件：BHCT为100℃，压力65Mpa，水泥浆密度1.70g/cm3，现场大样试验结果：69Mpa、30min API失水44l，游离液为0，流动度21cm，稠化时间400分钟。水泥浆大样试验结果完全满足施工要求。

四、结束语

水泥浆设计：（1）油层固井时，在尾浆中加入膨胀剂、等提高尾浆段封固质量。（2）根据井型、井别、井段不同调整水泥浆配方，在工况条件允许的情况下，缩短尾浆稠化时间。（3）易漏地层采用低密度水泥浆进行封固，固井设计时重视流体力学及防窜压稳设计。（4）控制领浆比尾浆稠化时间长100min以上，领浆的流变性能要优于尾浆，提高水泥浆大小样的稠化时间复合性。

作者简介：

孙瑞（1989-），男，山东高青人，本科，助理工程师，山东胜油固井工程技术有限公司。