水泥浆凝结过程的气窜问题Ξ刘崇建谢应权郭小阳张明深张朝晖张勇(西南石油学院,四川南充637001)(南海西部石油公司钻采工艺研究所)摘要水泥浆在凝结过程,因失重而造成的油、气、水窜问题是影响固井质量的重要因素之一。针对深井,温度高、压力大,油、气、水活跃的特点,从机理研究和现场应用相结合的方法入手,对水泥浆失重、气侵压力的测定,影响因素,防气窜机理和防气窜方法,进行了深入的研究,提出了采用水泥浆阻力变化值、稳定性、失水量以及保证水泥浆凝固过程的压力平衡关系等措施,从而达到防止油、气、水窜的目的。防窜试验表明,研究的6种水泥浆配方,都具有较好的防气窜效果,分别适宜于不同压力梯度井深的要求,其中32S水泥浆防气窜能力最好。主题词注水泥;水泥浆胶凝;窜槽;气窜;水泥浆性能;水泥浆添加剂;水泥组分中图分类号TE256.5前言注水泥完后,环形空间油、气、水窜和井口冒油、冒气,至今仍是国内外还没有很好解决的固井质量问题,特别在高压油、气井内,这种现象尤为突出。经过大量的生产实践及研究表明[1,2],造成油、气、水窜的主要原因,在于水泥浆凝结过程,其液柱压力在不断降低(即水泥浆失重)。当作用于井筒内的浆柱(泥浆和水泥浆)压力逐渐降到低于油、气、水层压力的某一时刻,油、气、水就会侵入环形空间,造成油、气、水的窜流和井口冒油、冒气。水泥浆失重的原因归纳起来有如下几方面[3～5]:(1)水泥浆在凝结过程中,其内部结构力不断增强,与井壁和套管的连接力(胶凝强度)不断增加,水泥环重量逐步悬挂在套管和井壁上,降低了对地层的压力;(2)水泥浆在凝结过程中,由于水化作用,水泥石基体内部收缩形成微孔隙,同时外观也产生体积收缩,降低了孔隙压力和对地层的压力。一般水泥浆初凝时的收缩率为011%～0.5%,终凝却大于2%;(3)在水泥浆柱中,水泥浆内自由水的分离,形成了连通的轴向水槽(或水带),降低了对地层的压力。该作用在斜井中尤为明显,并在井壁上侧形成了一条明显的水槽,这是油、气、水窜的主要通道;(4)水泥浆失水一般较大,其自由水易渗入渗透性好的地层,在环形空间中产生桥堵,防碍了浆柱对桥堵以下段的压力传递,造成了桥堵段下面地层的油、气、水互窜。下面通过实验方法,对水泥浆防窜机理、影响因素及其预测方法[6,7],进行探讨。1影响水泥浆凝结过程气窜的因素1.1不同浆体的防气窜作用实验选用了国内、外6种不同防气窜水泥浆体系。其适用的地层压力梯度、防窜外加剂和作用原理如表1所示。表1防气窜外加剂和防气窜方法序号类别水泥浆密度ρc压力梯度Gf防窜外加剂防窜方法1-S国外1.901.42Halad-344LHalad-413L增长零胶凝强度时间,控制滤失量1-P国内膨胀剂SEP降滤失剂HS-1增加凝固阻力,控制滤失量2-S国外1.951.95SCR-100LHalad-413L增加凝固阻力和触变性,控制滤失量2-P国内早强剂SW-2降滤失剂HS-1增加早强和凝固阻力,控制滤失量3-S国外2.30～2.402.01Latex2000SCR-100LHalad-413L形成良好致密的水泥饼,降低滤失量和水泥石的渗透率3-P国内防气窜剂KQ-B降滤失剂HS-1增加孔隙压力,控制滤失量第20卷第4期西南石油学院学报Vol.20No.41998年11月JournalofSouthwestPetroleumInstituteNov1998Ξ1997—01—07收稿刘崇建,男,1937年生,教授,博士生导师,长期从事钻井、固井、完井工程及非牛顿流体流变学的教学和科研工作1.1.1水泥浆凝结过程孔隙压力的变化图1为不同防气窜主剂的水泥浆体系在凝固过程孔隙压力的变化曲线。该水泥浆体系的其它综合性能均满足固井施工工艺技术的要求。图1不同水泥浆的凝结时间(ts)与孔隙压力(Pp)曲线分析图1可知:(1)加有防气窜的水泥浆,其孔隙压力的降低比一般水泥浆降低缓慢,并趋于某一恒定数值;(2)不同的防气窜水泥浆,其孔隙压力的恒定数值是不相同的,Latex2000(胶乳型),KQ2B最大;Halad2344L(增长零胶凝强度时间),SEP较大;Hal2ad-413L,SCR-100L(早强触变型),SW-2次之。不同孔隙压力的恒定值适于不同地层压力梯度的防气窜要求。一般水泥浆孔隙压力降低最快,7～8h后,孔隙压力的降低才有减缓的趋势,因此,防气窜能力较弱。1.1.2水泥浆的防气窜能力现将6种水泥浆在不同试验条件下,所作的不同凝固时间的抗气侵能力,即不气侵的安全压力梯度ρ0和具体评价列于表2中。...
