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[摘 要]油井水泥浆和水泥石性能与固井作业的质量有着直接的关系，是固井设计、安全施工、保证固井质量的关键指标。针对特殊油区气候状况及地质特点进行的固井施工过程中，常规水泥浆体系因其自身性能缺陷难以满足固井施工要求这一问题，本文通过短候凝防窜水泥浆体系论述，旨在提高固井质量的，有效缩短水泥浆候凝时间，从而为特殊环境、特殊条件、特殊地质下的固井施工提供了技术与实践参考。
[关键词]固井技术；短候凝防窜水泥浆体系；实践应用
中图分类号：TE256 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）40-0392-01
油井水泥浆和水泥石性能与固井作业的质量有着直接的关系，是固井设计、安全施工、保证固井质量的关键指标。为保证固井工作顺利进行，确保固井质量，要求水泥浆与水泥石必须具有良好的性能。当前，国内水泥浆技术发展不断进步，在更大范围、更多领域得以应用，并取得了良好的效果。然而，鉴于不同油区气候状况及地质特点不同，固井施工对水泥浆体系提出了更高要求，因此，本文结合工作实践，重点对短候凝防窜水泥浆体系及其实践应用进行论述，以期为特殊环境、特殊条件、特殊地质下的固井施工提供理论、技术与实践参考。
1.短候凝防窜水泥浆体系作用机理
（1）分散剂（SG-JZJ）。SG-JZJ是由由甲醛、丙酮等原料聚合改性而成，为桔黄色或红褐色粉末。它的作用机理是主要是吸附分散作用，通过调节水泥颗粒表面电荷以获得合适的水泥浆流变性。当减阻剂加入后，大部分阴离子分子就被吸附在水泥颗粒表面的正电荷位置上，使得水泥颗粒表面带同性电荷，于是在静电斥力的作用下抑制颗粒聚集，使水泥水化初期形成的絮状聚集体系瓦解，把絮状结构内包裹的水释放出来，进而改善水泥浆的流动性。
（2）降失水剂（SG-JSSJ）。SG-JSSJ是水溶性高分子及其它相关助剂组成，为灰色或浅灰色粉末。它的作用机理是在水泥浆中通过形成致密的聚合物薄膜及提高水相粘度来达到降低失水的目的。
（3）早强剂（SG-ZQJ）。SG-ZQJ是由无机早强材料改性而成，为白色或略带灰色粉末。它的作用机理是通过改变水泥水化时的离子浓度，与水泥熟料水解出来的氢氧化钙发生化学反应，加速了水泥中石膏体系的水化速度，从而缩短水泥浆稠化时间。
（4）晶格膨胀剂（SG-PZJ）。SG-PZJ是由镁、钙的氧化物、硫酸盐和碳酸盐以适当配比混合而成。为灰白色粉末，易溶于水。它的作用机理是Mg2+和Ca2+扩散到大孔中结晶，起充填孔隙的作用，部分Mg2+和Ca2+就地形成细小的氢氧化物晶体。
（4）增韧剂（SG-ZRJ）。增韧纤维本身具有较高的抗拉、抗折强度及延伸性。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。
（5）低密增强剂（SG-DM）。SG-DM以微硅为主要成分的复合增强剂，以干混合组分的不同颗粒尺寸分布，进行合理级配，使水泥浆体系实现良好的空隙填充，降低水泥浆体系中的充填水和吸附水层，增加单位水泥浆体系中的固相量，以提高低密度水泥石的抗压强度。
2.短候凝膨胀水泥浆体系性能优势
（1）短候凝防窜水泥浆体系具有较短的候凝时间
短候凝防窜水泥浆静胶凝曲线上升较快，过渡时间较短，具有较强防窜能力，能很好的满足现场施工的要求。
（2）短候凝防窜水泥浆体系具有良好的防窜性能。
短候凝防窜水泥浆浆压力曲线保持较平直，反映水泥浆在较长时间保持液态，从而具有良好的传压性能。当孔隙压力低于气源压力时，仍未发生气窜，这就说明短候凝防窜水泥浆有足够的抗窜能力，因而能有效地防止气窜的发生。
3.短候凝防窜水泥浆体系实践应用
（1）井眼准备
电测完通井，对起钻遇阻、卡井段做短程起下钻或划眼，确保井下无沉砂、无键槽，套管下入顺利；下入套管前，应压稳油、气、水层，维持完钻时泥浆性能；下套管过程中如果出现漏失现象，应及时向环空补充泥浆，维持液柱高度，避免异常情况的发生；下套完后调整好泥浆性能，在保证井下安全的前提下，切力和摩阻，达到低粘、低切、低失水，固井前粘度控制在40-50s，使之具有良好的稳定性和流变性，同时钻井液能平衡压稳地层。
（2）双弓扶正器和旋流发生器配合使用
为保障套管居中，提高顶替效率，采用双弓扶正器和旋流发生器配合使用的方式。主要做法是：油层段双弓扶正器一根一个，并在扶正器上下各安装定位一个旋流发生器。在套管外环空中，当井筒内流体穿过旋流发生器叶片时产生旋流，改善了环空流体流态，从而可提高水泥浆顶替效率。
（3）固井前置液优选
采用冲洗液+隔离液+冲洗液复合前置液体系，提高冲洗液粘度，保障环空高度；优化隔离液的流变性能，提高顶替效率并依据井况控制使用量，保障有效接触冲刷时间。
（4）平衡压力固井设计
按照平衡压力原则即：地层孔隙压力<环空静液柱压力+流动阻力<地层破裂压力，做好合理的压稳流变学设计，及固井设计，既要做到“三压稳”又要防止压漏，保障固井施工安全。
（5）优化施工工序
采用带水泥头循环洗井的方式，主要目的是防止因装水泥头及地面施工管线时间过长，致使井筒内泥浆长时间静止。当固井再次开泵施工时，需重新破坏钻井液已形成的结构力。因而该方式可以减少压力激动对地层的损害，防止意外情况的发生。
（6）变排量替浆
注水泥结束后，先采用水泥车进行压塞作业，然后用井队泥浆泵大排量紊流顶替前置液、领浆，最后再用水泥车塞流顶替尾浆。利用变排量替浆使得环空流体流态不断变化，从而起到有效驱替窄边“死泥浆带”的目的，提高顶替效率。
4.结论
（1）短候凝防窜水泥浆体系具有在低温条件下速凝、早强的特点，稠化时间短，水泥石早期强度大，并具有一定塑性能力，防止疏松地层漏失，具有较强防窜能力，可以很好地满足特殊环境、特殊地质条件下固井施工的要求。
（2）短候凝防窜水泥浆体系具有一定的微膨脹特性，可有效控制由于水泥体积收缩带来的负面效应，有利于有效封隔地层，防止层间窜流。
（3）短候凝防窜水泥浆体系及配套固井技术的应用，可以很好地解决蒙古国查干油区固井技术难题，在提高固井质量的同时大大缩短水泥浆的候凝时间，也为该油区的新井勘探进度争取了时间[6]。
（4）短候凝防窜水泥浆体系在井底温度较低的浅井中应用效果良好，但当井底温度较高或深井的应用还需进行体系调整。
参考文献
[1] 何德清，罗云，赵金青，姜昌勇.纤维水泥防漏实验研究.钻井液与完井液.2006，23（3）：34-36.
[2] 沙林浩，高永会，燕平，何德清，宋福军.河南油田新庄、杨楼区块稠油热采井固井水泥浆.钻井液与完井液.2007，24（5）：41-43.
[关键词]固井技术；短候凝防窜水泥浆体系；实践应用
中图分类号：TE256 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）40-0392-01
油井水泥浆和水泥石性能与固井作业的质量有着直接的关系，是固井设计、安全施工、保证固井质量的关键指标。为保证固井工作顺利进行，确保固井质量，要求水泥浆与水泥石必须具有良好的性能。当前，国内水泥浆技术发展不断进步，在更大范围、更多领域得以应用，并取得了良好的效果。然而，鉴于不同油区气候状况及地质特点不同，固井施工对水泥浆体系提出了更高要求，因此，本文结合工作实践，重点对短候凝防窜水泥浆体系及其实践应用进行论述，以期为特殊环境、特殊条件、特殊地质下的固井施工提供理论、技术与实践参考。
1.短候凝防窜水泥浆体系作用机理
（1）分散剂（SG-JZJ）。SG-JZJ是由由甲醛、丙酮等原料聚合改性而成，为桔黄色或红褐色粉末。它的作用机理是主要是吸附分散作用，通过调节水泥颗粒表面电荷以获得合适的水泥浆流变性。当减阻剂加入后，大部分阴离子分子就被吸附在水泥颗粒表面的正电荷位置上，使得水泥颗粒表面带同性电荷，于是在静电斥力的作用下抑制颗粒聚集，使水泥水化初期形成的絮状聚集体系瓦解，把絮状结构内包裹的水释放出来，进而改善水泥浆的流动性。
（2）降失水剂（SG-JSSJ）。SG-JSSJ是水溶性高分子及其它相关助剂组成，为灰色或浅灰色粉末。它的作用机理是在水泥浆中通过形成致密的聚合物薄膜及提高水相粘度来达到降低失水的目的。
（3）早强剂（SG-ZQJ）。SG-ZQJ是由无机早强材料改性而成，为白色或略带灰色粉末。它的作用机理是通过改变水泥水化时的离子浓度，与水泥熟料水解出来的氢氧化钙发生化学反应，加速了水泥中石膏体系的水化速度，从而缩短水泥浆稠化时间。
（4）晶格膨胀剂（SG-PZJ）。SG-PZJ是由镁、钙的氧化物、硫酸盐和碳酸盐以适当配比混合而成。为灰白色粉末，易溶于水。它的作用机理是Mg2+和Ca2+扩散到大孔中结晶，起充填孔隙的作用，部分Mg2+和Ca2+就地形成细小的氢氧化物晶体。
（4）增韧剂（SG-ZRJ）。增韧纤维本身具有较高的抗拉、抗折强度及延伸性。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。
（5）低密增强剂（SG-DM）。SG-DM以微硅为主要成分的复合增强剂，以干混合组分的不同颗粒尺寸分布，进行合理级配，使水泥浆体系实现良好的空隙填充，降低水泥浆体系中的充填水和吸附水层，增加单位水泥浆体系中的固相量，以提高低密度水泥石的抗压强度。
2.短候凝膨胀水泥浆体系性能优势
（1）短候凝防窜水泥浆体系具有较短的候凝时间
短候凝防窜水泥浆静胶凝曲线上升较快，过渡时间较短，具有较强防窜能力，能很好的满足现场施工的要求。
（2）短候凝防窜水泥浆体系具有良好的防窜性能。
短候凝防窜水泥浆浆压力曲线保持较平直，反映水泥浆在较长时间保持液态，从而具有良好的传压性能。当孔隙压力低于气源压力时，仍未发生气窜，这就说明短候凝防窜水泥浆有足够的抗窜能力，因而能有效地防止气窜的发生。
3.短候凝防窜水泥浆体系实践应用
（1）井眼准备
电测完通井，对起钻遇阻、卡井段做短程起下钻或划眼，确保井下无沉砂、无键槽，套管下入顺利；下入套管前，应压稳油、气、水层，维持完钻时泥浆性能；下套管过程中如果出现漏失现象，应及时向环空补充泥浆，维持液柱高度，避免异常情况的发生；下套完后调整好泥浆性能，在保证井下安全的前提下，切力和摩阻，达到低粘、低切、低失水，固井前粘度控制在40-50s，使之具有良好的稳定性和流变性，同时钻井液能平衡压稳地层。
（2）双弓扶正器和旋流发生器配合使用
为保障套管居中，提高顶替效率，采用双弓扶正器和旋流发生器配合使用的方式。主要做法是：油层段双弓扶正器一根一个，并在扶正器上下各安装定位一个旋流发生器。在套管外环空中，当井筒内流体穿过旋流发生器叶片时产生旋流，改善了环空流体流态，从而可提高水泥浆顶替效率。
（3）固井前置液优选
采用冲洗液+隔离液+冲洗液复合前置液体系，提高冲洗液粘度，保障环空高度；优化隔离液的流变性能，提高顶替效率并依据井况控制使用量，保障有效接触冲刷时间。
（4）平衡压力固井设计
按照平衡压力原则即：地层孔隙压力<环空静液柱压力+流动阻力<地层破裂压力，做好合理的压稳流变学设计，及固井设计，既要做到“三压稳”又要防止压漏，保障固井施工安全。
（5）优化施工工序
采用带水泥头循环洗井的方式，主要目的是防止因装水泥头及地面施工管线时间过长，致使井筒内泥浆长时间静止。当固井再次开泵施工时，需重新破坏钻井液已形成的结构力。因而该方式可以减少压力激动对地层的损害，防止意外情况的发生。
（6）变排量替浆
注水泥结束后，先采用水泥车进行压塞作业，然后用井队泥浆泵大排量紊流顶替前置液、领浆，最后再用水泥车塞流顶替尾浆。利用变排量替浆使得环空流体流态不断变化，从而起到有效驱替窄边“死泥浆带”的目的，提高顶替效率。
4.结论
（1）短候凝防窜水泥浆体系具有在低温条件下速凝、早强的特点，稠化时间短，水泥石早期强度大，并具有一定塑性能力，防止疏松地层漏失，具有较强防窜能力，可以很好地满足特殊环境、特殊地质条件下固井施工的要求。
（2）短候凝防窜水泥浆体系具有一定的微膨脹特性，可有效控制由于水泥体积收缩带来的负面效应，有利于有效封隔地层，防止层间窜流。
（3）短候凝防窜水泥浆体系及配套固井技术的应用，可以很好地解决蒙古国查干油区固井技术难题，在提高固井质量的同时大大缩短水泥浆的候凝时间，也为该油区的新井勘探进度争取了时间[6]。
（4）短候凝防窜水泥浆体系在井底温度较低的浅井中应用效果良好，但当井底温度较高或深井的应用还需进行体系调整。
参考文献
[1] 何德清，罗云，赵金青，姜昌勇.纤维水泥防漏实验研究.钻井液与完井液.2006，23（3）：34-36.
[2] 沙林浩，高永会，燕平，何德清，宋福军.河南油田新庄、杨楼区块稠油热采井固井水泥浆.钻井液与完井液.2007，24（5）：41-43.