防包心搬土水泥浆体系的室内研究及现场应用*

李望军，陆永伟，周成裕

(1 中海油田服务股份有限公司油化事业部深圳作业公司 ，广东 深圳 518000；2 重庆科技学院化学化工学院，重庆 401331)

深水井在固井作业过程中存在很多困难因素[1-3]，如水泥浆柱上下温差大，界面胶结质量差[4]，钻井费用高，对水泥浆的各项常规性能和强度性能提出了更高的技术要求[5-7]。普通的搬土加降失水剂水泥浆体系存在强度不高、稠化曲线包心等弊端[8]。为了有效解决搬土加降失水剂水泥浆包心及强度不高的问题，本文优选了一种防包心搬土水泥浆体系，该水泥浆体系以搬土为主剂，辅以消泡剂、降失水剂、纳米硅[9]以及缓凝剂配制而成。室内研究表明，防包心搬土水泥浆体系配方简单，易于调节，失水可控，强度较高，稠化曲线平缓。防包心搬土水泥浆体系已多次成功应用于南海东部惠州区块，现场应用表明：防包心搬土水泥浆体系配方简单、现场易配浆、浆体流动性良好、水泥浆气泡少、现场操作方便，现场固井质量优良[10]。

1 实 验

1.1 主要仪器和药品

主要仪器：双缸增压稠化仪；高温高压养护釜；高温高压失水仪；旋转粘度计；恒速搅拌器；电子天平；钻井液密度计。

药品：山东水泥；消泡剂；降失水剂；搬土；纳米硅；缓凝剂；水。

1.2 水泥浆体系配制

以搬土为主剂，辅以消泡剂、降失水剂、纳米硅以及缓凝剂配制而成。采用山东G级水泥，井底循环温度(BHCT)为107 ℃，井底静止压力(BHP)为20 MPa，密度为1.58 sg。水泥浆配方见表1。

表1 水泥浆体系配方Table 1 Cement slurry fomula

1.3 常规性能评价

根据GB19139-2012相关章节要求完成水泥浆失水、游离液、抗压强度、稠化时间等常规性能的评价。

1.4 包心现象可调性

根据1.3中实验方法，保持水泥浆其他添加剂加量不变的情况下，通过调整纳米硅的加量，研究纳米硅加量变化对水泥浆稠化曲线包心的影响。

1.5 温敏性

根据1.3中实验方法，保持水泥浆各添加剂加量不变的情况下，通过测试升5 ℃以及降5 ℃的稠化时间，分别研究温度变化对水泥浆稠化时间的影响。

1.6 失水可调节性

根据1.3中实验方法，保持水泥浆其他添加剂加量不变的情况下，通过调整降失水剂的加量，研究不同降失水剂加量变化对水泥浆失水性能的影响。

2 结果与讨论

2.1 防包心搬土水泥浆体系的常规性能

由表1可知，防包心搬土水泥浆体系配方简单，易于调节。从表2可知，防包心搬土水泥浆体系具有良好的流变性能、良好的失水性能、良好的强度性能。

表2 常规性能Table 2 General performance

2.2 防包心搬土水泥浆体系的包心现象可调性

在其他添加剂加量不变的情况下，改变纳米硅的加量，其配方如表3所示。水泥浆稠化曲线见图1、图2。

表3 不同纳米硅加量的水泥浆配方Table 3 Different pecent of nanometer silicon cement slurry fomula

图1 1# 稠化曲线Fig.1 1# thicking curve

图2 2# 稠化曲线Fig.2 2# thicking curve

根据图1、图2的稠化曲线，我们可以得出不同纳米硅加量下水泥浆对应的稠化曲线包心现象，见表4。

从表4可以看出，不加纳米硅，水泥浆稠化曲线存在包心现象；加入纳米硅，水泥浆的稠化曲线不存在包心现象。因此，防包心搬土水泥浆体系的包心现象可以通过加入纳米硅来进行调节。

2.3 防包心搬土水泥浆体系的温敏性

为了研究防包心搬土水泥浆体系对温度的敏感性，对该体系进行降5 ℃(55 ℃)、升5 ℃(65 ℃)的温度敏感性稠化实验，具体实验结果如图3、图4所示。

图3 55 ℃ 稠化曲线Fig.3 55 ℃ thicking curve

图4 65 ℃ 稠化曲线Fig.4 65 ℃ thicking curve

根据图1、图3、图4的稠化曲线，我们可以得出不同温度条件下水泥浆对应的稠化时间，见表5。

表5 温度变化对稠化时间的影响Table 5 Effect of temperature on static gel transition time

从表5可以看出，随着实验温度的降低，水泥浆稠化时间增加；随着实验温度的升高，水泥浆稠化时间缩短；没有出现稠化时间突变的情况，说明防包心搬土水泥浆体系在该温度段温度敏感性良好。

2.4 防包心搬土水泥浆体系的失水可调节性

其余添加剂加量不变的情况下，改变降失水剂的加量，见表6。

表6 不同降失水剂加量的水泥浆体系配方Table 6 Different pecent of loss reduction agent cement slurry fomula

根据试验结果，我们可以得出不同降失水剂加量下水泥浆对应的API失水性能，见表7。

表7 降失水剂加量对API失水的影响Table 7 Effect of loss reduction agent on thicking time

从表7可以看出，防包心搬土水泥浆体系在不同降失水剂加量下，随着降失水剂加量的降低，水泥浆API失水增加；随着降失水剂加量的增加，水泥浆API失水降低；说明防包心搬土水泥浆体系具有良好的失水可调节性。

2.5 防包心搬土水泥浆体系的现场应用

防包心搬土水泥浆体系已多次成功应用于南海东部惠州区块，现场应用表明：防包心搬土水泥浆体系配方简单、现场易配浆、浆体流动性良好、水泥浆气泡少、现场操作方便，现场固井质量优良。

3 结 论

(1)防包心搬土水泥浆体系配方简单，易于调节；

(2)防包心搬土水泥浆体系失水可控；

(3)防包心搬土水泥浆体系稠化曲线平滑无包心。