圖2是38℃ 時(shí)氮?dú)馀蛎泟┧酀{加CaCl₂前后的膨脹性對(duì)比情況。由圖2可以看出；油井水泥漿中加入18 g CaCl₂ 后，其膨脹效果比未加CaCl₂時(shí)有較大的改善；但是加入CaCl₂后，油井水泥漿的流動(dòng)度降低，對(duì)水泥漿的順利流動(dòng)有所影響。

 

　　CaCl₂是最常用的油井水泥促凝劑，CaCl₂可以加速硅鋁酸鹽或石膏體系的水滑速度而起到促凝作用。CaCl₂的加入提高了液相中Ca（OH）₂ 的溶解度，從而加速了C₃S的水化速度，同時(shí)提前出現(xiàn)Ca（0H）₂沉淀和提前結(jié)束誘導(dǎo)期。

 

2 氮?dú)馀蛎泟┳饔脵C(jī)理

 

　　氮?dú)馀蛎泟┦怯傻獨(dú)獍l(fā)氣材料，穩(wěn)定材料和表面活性劑組成。它的細(xì)度在0．015～0．03 mm 之間，在水泥孔隙內(nèi)均勻分布，同時(shí)吸附在穩(wěn)氣材料表面，再經(jīng)過表面活性劑的物理化學(xué)作用，使該分散體系處于高度穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)達(dá)到一定溫度后，與表面活性劑反應(yīng)放出氮?dú)?。由于上部受到鉆井液和隔離液的壓力作用，使水泥漿只有橫向膨脹，有利于驅(qū)動(dòng)大肚子井段的鉆井液，提高頂替效果，保證固井質(zhì)量；在水泥漿靜止膠凝失重時(shí)，由于水泥漿內(nèi)部不斷有氣體產(chǎn)生，使水泥漿擁有向外膨脹力和內(nèi)部結(jié)構(gòu)力，有效防止了地層氣體的侵入，強(qiáng)化了水泥漿和地層的膠結(jié)程度，從而有效防止了氣竄，提高了二界面固井質(zhì)量。

 

　　圖3為75℃、0．1 MPa條件下，每隔20 min測(cè)定的不同加量的膨脹劑發(fā)氣情況。由圖．3不難發(fā)現(xiàn)，在不同加量下，體系的膨脹率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，說明該膨脹劑穩(wěn)定性能好，發(fā)氣過程循序漸進(jìn)，適應(yīng)水泥漿在環(huán)空靜止后，由于失重而導(dǎo)致的持續(xù)增加的環(huán)空壓力下降，膨脹率的漸增可以彌補(bǔ)不斷增大的重力損失，以平衡地層壓力；隨著水泥水化的不斷進(jìn)行，水泥漿體內(nèi)微粒的膠凝強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)，同時(shí)由于膨脹率的增大，得到的附加壓力相應(yīng)增大，從而改變漿體候凝中的失重特征，增加油氣運(yùn)移阻力，實(shí)現(xiàn)環(huán)空氣竄；另一方面膨脹水泥漿體系由于產(chǎn)生體積微膨脹，有助于提高2個(gè)界面的膠結(jié)強(qiáng)度，補(bǔ)償水泥石的體積收縮，實(shí)現(xiàn)層問封隔。從圖3還可以看到，在50~70 min期間體系的膨脹率逐步變大，但變化量不大，這段時(shí)間恰好等于水泥漿在套管內(nèi)流動(dòng)及到達(dá)環(huán)空預(yù)計(jì)位置以前所需要的時(shí)間，并且在特殊情況下，如長(zhǎng)封固段、深井等要求的到達(dá)預(yù)計(jì)位置靜止以前時(shí)間較長(zhǎng)，可通過控制膨脹劑中的發(fā)氣組分，適當(dāng)延長(zhǎng)開始發(fā)氣的時(shí)間，以滿足不同固井工藝要求。

 

　　　　

 

 

　　樊22—26井是一口注水井，完井井深為3360m，油層頂位于井深2060 m，油層底位于井深3320m；一開用φ444．5 mm鉆頭鉆至井深237 m，下入φ339．7 mm套管至井深235．06 m；二開用φ215．9mm鉆頭鉆至井深3360 m，下入φ139．7 mm套管至井深3355．14 m，該井在井深2300 m處的最大井斜為6．3^。。鉆井液密度為1．30 g／cm³，粘度為60s，濾失量為5 mL，泥餅厚度為0．5 mm，pH值為8，含砂量為0．3% ，井徑平均擴(kuò)大率為10．79 %。

 

 

　　水泥漿配方如下。

　　勝維G級(jí)水泥+0．9 %S902+0．5 %膨脹劑+0．5%SUS（W／C=0．44，75℃）

 

　　水泥漿密度為1．90 g／cm³，流動(dòng)度為23 cm，常壓、75℃下養(yǎng)護(hù)24 h后抗壓強(qiáng)度為18 MPa，水泥漿稠度達(dá)到40 Bc的時(shí)間為108 min，120 min后膨脹率為25 %，6．9 MPa下30 min的失水量為45 mL。

 

 

　　樊22-26井注入3 m³隔離液后，注水泥，水泥漿最高密度為l.90 g／cm³，最低為1．66 g／cm³，平均為1．88 g／cm³；注水泥壓力為6．5 MPa，替漿為38．8 m³，替漿壓力為0～8 MPa，碰壓20 MPa，敞壓候凝36 h。聲幅測(cè)井固井質(zhì)量為優(yōu)。

 

 

　　梁43-斜9井是一口生產(chǎn)斜井，井深2800 m處井斜為36^。，方位為360^。，全角變化率為25^。／m，完井井深為2943 m，下人φ139．7 mm N80套管（壁厚7．72 mm）和291根油管，總長(zhǎng)為2850．99 m。使用聚合物鉆井液體系，鉆井液密度為1．20 g／cm³，粘度為54 s，濾失量為5 mL，泥餅厚度為0．5 mm，pH值為9，含砂量為0．3%，初切為2 Pa，終切為3 Pa。

 

 

　　水泥漿配方如下。

　　勝維G級(jí)水泥+0．8%S902+0．4% 膨脹劑+0．4%SUS（W／C=0．44。70℃）

 

　　水泥漿密度為1．90 g／cm³，流動(dòng)度為23．0 cm，常壓、70℃下養(yǎng)護(hù)24 h后抗壓強(qiáng)度為18 MPa，水泥漿稠度達(dá)到40 Bc的時(shí)間為116 min，120 min后膨脹率為23% ，6．9 MPa下30 min失水量為68 mL。

 

 

　　梁43-斜9井下套管后，循環(huán)鉆井液，固井前注3 m³ 隔離液后，注水泥，替漿，頂替壓力為0～8MPa，碰壓15 MPa，水泥漿最大密度為2．0 g／cm³，最小為l.25 g／cm³，平均為1．88 g／cm³，敞壓候凝。候凝36 h，聲幅測(cè)井固井質(zhì)量為優(yōu)

 

 

　　臨2—23井完鉆井深為1790 m，油層頂位于井深1280 m，油層底位于井深1755 m。該井井徑擴(kuò)大率為7．56 %。使用聚合物鉆井液，鉆井液密度為1．18 g／cm³，粘度為55 s，濾失量為6 mL，泥餅厚度為0．5 mm，pH值為8，含砂量為0．3 %。

 

 

　　水泥漿配方如下。

　　勝維G級(jí)+0．9%S902+0．4%膨脹劑+0．5%SUS+現(xiàn)場(chǎng)水（W／C一0．44，55℃）

 

　　水泥漿密度為1．90 g／cm³，流動(dòng)度為23．0 cm，常壓、55℃下養(yǎng)護(hù)24 h后抗壓強(qiáng)度為15．5 MPa，水泥漿稠度達(dá)到40 Bc時(shí)用時(shí)127 min，120 rain后膨脹率為23% ，6．9 MPa下30 min失水量為55 mL。

 

 

　　臨2—23井下完套管后，循環(huán)鉆井液，注入3 m³隔離液后，注水泥，泵壓為3 MPa，水泥漿最高密度為1．96 g／cm³，最低密度為1．78 g／cm³ ，平均密度為l.89 g／cm³，10 min后替漿21．5 m³，頂壓為0～8 MPa，碰壓為20 MPa，施工一切正常，敞壓候凝48h。候凝后聲幅測(cè)井固質(zhì)量為優(yōu)。

 

　　氮?dú)馀蛎泟┳?002年5月底推廣以來，已在高壓井、長(zhǎng)封固段井及井徑擴(kuò)大率超標(biāo)井中應(yīng)用576井次，固井合格率為99．9 %，優(yōu)質(zhì)率為83．8% ，比同類型井固井合格率增長(zhǎng)了3．41 %（2001年固井合格率為96．49% ），優(yōu)質(zhì)率增長(zhǎng)15．96% （2001年優(yōu)質(zhì)率為67．84 %），避免了由于固井不合格而采取的其它補(bǔ)救等作業(yè)，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

 

 

　　1．氮?dú)馀蛎泟┠茱@著提高水泥漿體系的膨脹率，水泥漿在常壓下具有較高的抗壓強(qiáng)度，體系膨脹量可以達(dá)到25 %，對(duì)抗壓強(qiáng)度影響不大（常壓）。

 

　　2．氮?dú)馀蛎泟?duì)水泥漿體系的流變性、稠化時(shí)間沒有影響，與S902降失水劑配伍性好，并具有很好的抗鹽能力。

 

　　3．新型防氣竄水泥漿體系能夠提高二界面的封固質(zhì)量，直角稠化性能好，具有雙重防氣竄作用。

 

　　4．該體系即可以干混也可以濕混，使用方便。

 

原作者： 孫凌 呂容平 蔡濤 齊志剛