深水固井液体减轻低密度水泥浆体系

深水固井液体减轻低密度水泥浆体系

苏关保

西部钻探固井公司新疆克拉玛依市834000

摘要：针对深水表层固井的难点，开发了一种新型液体减轻剂PC-P81L，并以其为主体构建出了深水固井液体减轻低密度水泥浆体系。室内实验结果表明，PC-P81L作为减轻剂对水泥浆具有密度调节作用；具有高悬浮性，最高可悬浮水灰比为2的水泥浆；具有增强作用，还可以应用于常规密度水泥浆中作为增强剂；具有促凝作用，可在深水低温环境下缩短水泥浆稠化时间。构建的深水固井用液体减轻低密度水泥浆体系，通过增大水灰比降低水泥浆密度，提高了水泥浆的造浆率，减少现场水泥用量；且配方简单，易于调节，外加剂以全液体形式添加，减小了现场工作人员的劳动强度；同时满足深水低温环境下的水泥浆性能要求，为下部钻进提高保障；液体减轻水泥浆体系作业成本较漂珠体系也大幅度降低，满足深水低温条件的性能要求，可适用于深水表层固井。

关键词：深水；表层固井；低密度水泥浆；液体减轻剂

一、室内研究

1、液体减轻剂PC-P81L

1.1作用机理

PC-P81L是一种含有无定型SiOZ的水性分散体，为无色透明液体，pH值为9-10，固相含量为35%一50%，密度为1.18一1.22g/cm3，可迅速与水泥反应产生交联结构，使浆体增稠，提高稳定性；同时PC-P81L中的无定型SiOZ与水泥水化产物中有害成分Ca(OH):反应，生成有强度的C-S-H凝胶，即“火山灰效应”，提高了水泥石早期强度。

1.2对水泥浆稳定性的影响

在室温下，使用密度为1.30沙时、水灰比为2的空白低密度水泥浆和混配PC-P81L的低密度水泥浆，对比配制不同时间后的浆体稳定性，结果见图1。由图1可知，空白低密度水泥浆在配制5和30min后自由水明显，沉降严重；加入PC-P81L的低密度水泥浆在配制5和30min后，浆体稳定，无自由液和沉降产生，且能够使用海水配浆，说明PC-P81L具有高悬浮性，最高可悬浮水灰比为2的水泥浆，可实现通过提高水灰比降低水泥浆密度。

1.3对水泥石强度的影响

在井底静止温度为30℃，密度为1.40g/cm3水灰比为1.48的空白低密度水泥浆中，对比不同加量PC-P81L在24h和48h水泥石强度变化，实验结果见表1。由表1可以看出，随着PC-P81L加量的增加，水泥石强度逐渐增大，说明PC-P81L具有一定的增强作用。

表1液体减轻剂PC-P81L对低密度水泥石强度的影响

从表2可以看出，使用3种降失水剂后失水量均能小于100mL，满足深水表层失水要求，且失水量也基本相当，说明自研液体减轻剂与不同种类的降失水剂配伍性良好；而使用GA86不但能够有效控制失水量，水泥石抗压强度较另2种降失水剂也明显提高，并且具有防窜功能，因此选择GA86o

2.2早强剂选择

目前常用的早强剂种类主要为无机盐类、有机胺类和晶种类，因此选择不同类型的6种早强剂进行优选。通过前期实验得出不同早强剂在液体减轻低密度体系中的最佳加量，对比每种早强剂最佳加量的强度性能进行早强剂优选。

不同早强剂针对液体减轻低密度体系都能够明显提高水泥石的早期强度，说明自研液体减轻剂与不同种类的早强剂配伍性良好；而ZA95的早强效果最为显著，因此选择ZA95。

2.3其他外加剂选择

为进一步提高低密度水泥浆体系的早期强度，选择DE62作为增强剂，其主要是一种火山灰材料，水化过程中的火山灰效应更为显著，同时其粒径和比表面积更小，可很好地填充于水泥颗粒之间，提高水泥石密实度，进一步提高强度。为调节低密度水泥浆体系的稠化时间，选择中海油服常用的中低温缓凝剂HA21和消泡剂XA63。

二、现场应用

深水固井液体减轻低密度水泥浆在LS25-XX井进行了首次应用，该井井深为1835m，水深为965m，为深水井。LS25-XX井的施工层次为508mm表层，套管入泥为870mm,BHSTBHCT为31℃/23℃。采用低密度领浆和尾浆配合使用，低密度领浆密度1.40g/cm3，返至泥线位置，尾浆密度为1.85g/cm3返至管鞋以上150m。低密度领浆性能要求:可泵时间为7-8h,24h抗压强度大于3.5MPa,API失水量小于100mL，自由水小于1%。

施工水泥用量少，减少了平台灰罐使用量，现场操作方便。该水泥浆体系流变性良好，较漂珠水泥浆容易泵送，混浆泡少，设备操作风险性低。水泥浆性能满足现场性能要求，可泵时间为460min(见图2)，24h抗压强度为4.7MPa，API失水为42mL，自由水为O。

结束语

1.自研液体减轻剂PC-P81L具有高悬浮性，可实现通过增大水灰比降低水泥浆密度，且对水泥浆有增强和促凝作用；同时与其他外加剂配伍性好，满足深水低温环境下的水泥浆性能要求。

2.深水固井液体减轻低密度水泥浆体系添加剂种类少，配方简单，易于调节，同时实现了全液体化，方便添加，降低了现场施工人员的劳动强度。

参考文献

［1］翟东弥.海洋深水表层固井水泥浆体系浅析［J］.长江大学学报（自然科学版）理工卷，2010，（1）.

［2］王瑞和，王成文，步玉环，程荣超.深水固井技术研究进展［J］.中国石油大学学报（自然科学版），2008，（1）.