固井水泥浆性能对固井质量的影响分析

李新育

（中海油服油田化学事业部塘沽作业公司固井业务部，天津 300459）

1 背景

目前，随着对固井质量影响因素全面而深入的研究，水泥浆性能对固井质量的影响越来越受到固井工作人员和科研人员的高度重视。研究表明，水泥浆的体系以及性能都会不同程度地对固井质量产生影响，但是关于水泥浆性能对固井质量影响的研究主要是室内实验研究[1-4]。利用统计现场数据的方法研究水泥浆性能对固井质量的影响还很少，只对水泥浆的少数性能进行统计，没有对水泥浆性能进行系统的统计[5-10]。在NH油田，能统计到的水泥浆主要性能包括水泥浆稠化时间、水泥浆稠化过渡时间、失水量、领浆长度、尾浆长度、领浆密度等。水泥浆的这些常规性能都会影响固井质量，并且可能是多个性能共同影响着固井质量。由此可见，从统计的角度出发，可以得到水泥浆的性能对固井质量的影响。接下来从统计学的角度研究水泥浆性能对固井质量的影响。

2 水泥浆性能对固井质量的影响分析

2.1 水泥浆浆柱结构对固井质量的影响

2.1.1 浆柱类型对固井质量的影响

水泥浆的构成包括领浆和尾浆双凝结构或者单一水泥浆结构。单一浆体固井优质率低于双凝水泥浆结构，这是由于单一浆体面对复杂井尤其是易窜井时很难把井固好。水泥浆构成的影响如表1所示。

由表1可知，水泥浆结构为领浆和尾浆时，其第一、第二界面的固井优质率和总合格率都高于使用单一结构水泥浆的情况。因此，设计水泥浆体结构时，封隔高低压层易窜井应尽量考虑用领浆和尾浆的水泥浆结构。

2.1.2 水泥浆领浆和尾浆的长度比例

水泥浆领浆和尾浆的长度比会影响候凝过程的防窜能力和固井质量。当领浆和尾浆之比很小时，缓凝的领浆长度过短导致液柱压力低于地层压力而发生气窜，再加之尾浆段过长，导致失重段增加，由此增加了气窜的概率和U形管效应的发生，所以会导致固井质量的降低。水泥浆领浆和尾浆长度比例的影响如表2所示。由表2可知，水泥浆领浆和尾浆长度比大于1.0时，其第一、第二界面的固井优质率和总合格率明显高于水泥浆领浆和尾浆长度比小于1.0时的情况，尤其是领浆和尾浆长度之比小于0.5时，固井合格率很低。因此，在设计领尾浆长度时，应注意水泥浆领浆和尾浆的长度比例。

2.2 浆体密度差对固井质量的影响

2.2.1 水泥浆领浆和钻井液密度差

随着水泥浆领浆和钻井液密度差值越来越大，不仅浮力增加而且流动压力梯度也在增加，有利于提高顶替效率。水泥浆领浆和钻井液密度差的影响如表3所示。由表3可知，随着两者差值增加固井质量优质率增加不明显，当两者差值大于0.7 g/cm3时，固井优质率明显提高。因此在注水泥过程中，要特别注意控制好水泥浆和钻井液的密度差。

2.2.2 稀水泥浆和钻井液密度差对固井质量的影响

稀水泥浆和钻井液密度的差值越大，越有利于顶替效率的提高。稀泥浆和钻井液密度差的影响如表4所示。

由表4可知，稀水泥浆和钻井液密度差大于0.40 g/cm3时，其第一和第二界面的固井质量明显提高。因此，在设计稀水泥浆和钻井液密度时，应考虑两者之间的差值。

2.3 水泥浆性能对固井质量的影响

2.3.1 水泥浆初稠

水泥浆初稠对顶替流态有很大的影响，可影响顶替效率和固井质量。当水泥浆初稠较小时，则可能降低顶替效率；当水泥浆初稠较大时，流动度较低，导致部分环空返速达不到要求，从而影响固井质量的提高。水泥浆领浆和尾浆初稠的影响如表5所示。由表5可知，水泥浆的初稠在5～10 BC时的固井质量较高。因此，设计水泥浆初稠在一定的范围内可以提高固井质量。

表5 水泥浆领浆和尾浆初稠的影响

2.3.2 水泥浆稠化过渡时间

水泥浆的稠化过渡时间是水泥浆防窜系数的核心指标之一，稠化过渡时间越短，防窜效果越好。这是因为稠化过渡时间缩短后，减少了地层流体窜入井内的时间，有效地防止窜流的发生，从而提高固井质量。水泥浆领浆和尾浆稠化过渡时间的影响如表6所示。由表6可知，水泥浆领浆和尾浆稠化过渡时间少于20 min时，其第一、第二界面的固井优质率和总合格率都相对较高。因此，应尽量使水泥浆的稠化过渡时间控制在20 min以内。

表6 水泥浆领浆和尾浆稠化过渡时间的影响

2.3.3 水泥浆领浆和尾浆稠化时间差值

水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差值主要影响着水泥浆的防窜效果，差值不宜过小也不宜过大。当水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差偏小时，使领浆的缓凝效果减弱，地层流体有可能在领浆开始失重并且尾浆胶凝强度未达到240 Pa时进入井内，导致窜流发生；当水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差偏大时，领浆的过度缓凝可能会影响尾浆的凝固效果，导致窜流发生，从而使得固井质量降低。水泥浆领浆和尾浆稠化时间差的影响如表7所示。由表7可知，水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差值介于40～60 min时，其第一、第二界面的固井优质率和总合格率都相对较高。因此，应该使水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差控制在40～60 min以内。

表7 水泥浆领浆和尾浆稠化时间差的影响

2.3.4 水泥浆性能系数SPN值

SPN值是水泥浆防窜系数的指标之一，SPN值小于3时，表示防窜效果好；SPN介于3～6之间时，表示防窜效果中等；SPN大于6时，表示水泥浆防窜效果差。水泥浆领浆的SPN值的影响如表8所示。

由表8可知，水泥浆领浆的SPN值小于3时，固井质量优质率较高；水泥浆尾浆的SPN值小于6时，固井质量优质率较高。

表8 水泥浆领浆的SPN值的影响

因此，在用SPN设计水泥浆的防窜性能时，注意分别考虑领尾浆的防窜特性。

3 结论

水泥浆结构使用领浆和尾浆比用单一结构的固井质量要高，且当领尾浆的长度比大于1.5和领尾浆的稠化时间差为40～60 min时，有利于提高固井质量。

水泥浆领浆和尾浆的稠化过渡时间少于20 min时，有利于提高固井质量。如果用水泥浆性能系数SPN评价水泥浆的防气窜能力，则领浆的SPN值小于3及尾浆的SPN值小于6时，有利于保证固井质量。