水泥漿流經鹽層后的性能研究

陳 平，田 徑 (西南石油大學石油工程學院，四川 成都 610500)

水泥漿流經鹽層后的性能研究

陳 平，田 徑 (西南石油大學石油工程學院，四川 成都 610500)

為了解水泥漿流經鹽層前后漿態(tài)性能的變化情況，通過不同含鹽量水泥漿流經不同厚度鹽層的模擬試驗來分析有關漿態(tài)性能變化。試驗結果表明，隨著水泥漿流經鹽層厚度的增加，不同含鹽量的水泥漿密度出現不同程度的增大；總體上呈現流性指數變小和稠度系數增大的趨勢；多數配方的水泥漿的稠化時間出現不同程度的增加；淡水水泥漿的失水量變化很大，最終都達到較高的失水量，使得失水性能遭到完全破壞，而中高含鹽水泥漿的失水量變化不大，只是失水量有所增加，但其失水性能沒有遭到完全破壞。

鹽層；水泥漿；漿態(tài)性能

在進行鹽層(尤其是厚鹽層)固井時，一般都要使用鹽水水泥漿[1]。但是，對于使用何種鹽含量的鹽水水泥漿，研究者的看法并不完全一致，其原因主要是對抗鹽水泥的抗鹽性能了解不夠。鹽層固井中有2個過程中值得研究，其一是注水泥過程，其二是注完水泥后的整個凝固過程(包括整個井的壽命期)[2]。在注水泥過程中，水泥漿要流經鹽層，而且最終不同環(huán)空處的水泥漿接觸流經鹽層的時間一樣[3]。這引出如下問題，即水泥漿接觸流經鹽層后(包括不同的接觸時間)各項性能指標會發(fā)生何種變化？在注水泥過程中，流變性能的變化對頂替過程會產生何種影響？為此，筆者使用不同含鹽量的水泥漿進行模擬試驗，據此了解水泥漿流經鹽層后的性能變化，從而為現場鹽層固井提供參考。

1 試驗部分

1.1試驗方案

確定5個試驗用基礎水泥漿配方，利用模擬試驗儀器，對5個水泥漿體系分別在1、0.5m/s返排速度的條件下進行模擬試驗。試驗用配方如下：①淡水水泥漿配方，包括配方1(G級油井水泥+1.5%降失水劑(HS-2A)+1%分散劑(Sxy)+H2O)和配方2(G級油井水泥+8%降失水劑(LT-1)+0.5%分散劑(Sxy)+H2O)。②中含鹽水泥漿配方，包括配方3(G級油井水泥+2.5%降失水劑(HS-2A)+2%分散劑(Sxy)+15%鹽+H2O)和配方4(G級油井水泥+6.25%降失水劑(LT-1)+ 15%鹽+H2O)。③高含鹽水泥漿配方(即配方5)，即G級油井水泥+7%降失水劑(HS-2A)+12%微硅(Sxy)+36%鹽+促凝劑2%+H2O。

1.2試驗步驟

研究水泥漿漿態(tài)的試驗步驟如下：①根據已確定的水泥漿配方配置水泥漿，在控溫多速組織搗碎機里均勻攪拌1min左右。②測量水泥漿的密度和流動度，然后進行預制(常壓、60℃、時間20min)。③壓制鹽樣。根據設計要求，利用抗折抗壓試驗機壓制試驗所用鹽樣。④做好模擬試驗儀器的相關準備工作。首先把壓制好的鹽樣固定在圓形轉盤上，再利用紅外轉數測定儀調整無級調速儀至試驗所需轉速，最后設置水浴裝置的溫度為60℃。⑤將預制后的水泥漿倒入指定的容器中，調整轉子高度至鹽樣沒入水泥漿中設定深度，打開轉動開關，再次調無級調速器至指定轉速；⑥在規(guī)定時間內進行水泥漿流經鹽層的模擬試驗。⑦進行水泥漿的密度、流變性測試。⑧做好靜態(tài)失水儀的準備工作以便進行失水試驗。⑨取失水試驗中的濾液進行鹽成分含量分析試驗[4]。

2 結果及分析

2.1密度

返排速度為1m/s和0.5m/s時的水泥漿密度變化圖分別如圖1和圖2 所示。

圖1 返排速度為1m/s時水泥漿密度變化圖

圖2 返排速度為0.5m/s時水泥漿密度變化圖

由圖1可知，配方2的水泥漿流經鹽層后密度變化最大，配方4的密度變化較大，配方5的密度變化最小。由圖2可知，配方2在經過120m鹽層后和經過360～600m后密度變化最大，配方1密度變化較大，而配方5的密度變化最小，其變化趨勢與返排速度為1m/s時的趨勢基本相同，說明高含鹽水泥漿的密度變化受返排速度影響不大。所有配方的水泥漿密度變化都呈上升趨勢，主要原因是在水泥漿流經鹽層時，鹽層中的鹽進入水泥漿中導致水泥漿密度增大。此外，水泥漿流經過程中會產生失水現象，失水量越大，水泥漿密度越大。

2.2流變性

流性指數和稠度系數是流變性的主要性能指標，因而需要對不同配方水泥漿的流性指數和稠度系數進行測試。在返排速度為1m/s時,不同配方水泥漿流經鹽層后的流性指數和稠度系數分別如表1和表2所示。由表1和表2可知，流經鹽層后各配方的流性指數整體上呈減小趨勢，淡水水泥漿體系的稠度系數顯著變大，中含鹽水泥漿體系的稠度系數和高含鹽水泥漿的稠度系數也有所增大，只是其變化相對較小。

表1 不同配方水泥漿的流性指數

表2 不同配方水泥漿的稠度系數

2.3稠化時間

在固井施工中，稠化時間是決定固井作業(yè)成敗的關鍵。在確保施工順利的前提下，要求稠化時間盡可能短，以便縮短候凝時間，減少水泥漿析水和失水以及可能遭受的水侵或氣竄，并使水泥石及早達到可以開鉆的機械強度，為繼續(xù)鉆進爭取時間。不同配方水泥漿稠化時間變化圖如圖3所示。由圖3可知，配方3的稠化時間變化最顯著，該配方水泥漿在流經鹽層后稠化時間增加最多，而配方2水泥漿稠化時間緩慢減少，其他各配方水泥漿的稠化時間都有不同程度的增加，且配方5的稠化時間增加幅度最小。

2.4失水性能

圖3 水泥漿稠化時間變化圖

水泥漿失水是指30min內在指定的溫度和壓差下，通過一定的面積孔隙所能濾失的自由水量。對不同配方水泥漿進行失水試驗，返排速度為1m/s和0.5m/s時的水泥漿失水量變化圖分別如圖4和圖5所示。

由圖4和圖5可知，配方1和配方2的水泥漿流經鹽層后失水量變化最大，而配方3和配方4的失水量變化較小，配方5的失水量變化最小。以100ml/30min為標準，在分別經過360m和480m鹽層段時，配方1和配方2的失水性能都遭到完全破壞，而且同一配方的失水性能在返排速度為1m/s時先被破壞；含鹽水泥漿配方配方3～配方5的失水性能沒有遭到完全破壞，只是失水量有所增加。

圖4 返排速度為1m/s時水泥漿失水量變化圖

圖5 返排速度為0.5m/s時水泥漿失水量變化圖

3 結 論

1) 隨著水泥漿流經鹽層厚度的增加，各個配方的水泥漿密度出現不同程度的增大。

2) 隨著水泥漿流經鹽層厚度的增加，各配方水泥漿在總體上呈現流性指數減小和稠度系數增大的趨勢。

3) 隨著水泥漿流經鹽層厚度的增加，多數配方水泥漿的稠化時間出現不同程度的增大。

4) 隨著水泥漿流經鹽層厚度的增加，淡水水泥漿的失水量變化很大，最終都達到較高的失水量，使得失水性能遭到完全破壞；中高含鹽水泥漿的失水量有所增加，但其失水性能沒有遭到完全破壞。

[1]張春濤. 膏鹽層固井技術及應用[J]. 鉆采工藝,2008，31(5):23-25.

[2]鄒建龍，朱海金，譚文禮，等. 新型抗鹽水泥漿體系的研究及應用[J].天然氣工業(yè)，2006,26(1)：56-59.

[3]唐繼平，王書琪，陳勉. 鹽膏層鉆井理論與實踐[M].北京：石油工業(yè)出版社，2004.

[4]劉崇建，黃柏宗，徐同臺，等.油氣井注水泥理論與應用[M].北京：石油工業(yè)出版社，2001.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.02.024

TE256.7

A

1673-1409(2012)02-N075-03

2011-11-21

陳平(1985-)，男， 2009年大學畢業(yè)，碩士生，現主要從事油氣井固井方面的研究工作。