抗高温低伤害热采井水泥浆配方研究

杨武林

摘要：稠油热采井主要采用蒸汽吞吐和蒸汽驱的开采方式，多周期注蒸汽开采使固井套管完整性受到严重的影响。井下技术状况日益变差，套管损坏情况十分严重。基于此，文章针对稠油热采井套管损坏严重这一现象，下返或调层回采及下小套管二次固井修套复合措施工作量逐年增加，一体化作业固井水泥浆无法返至地面，化学堵漏剂封堵固井费用高的问题，研制一种抗300℃低成本低伤害热采井抗高温封固剂，降低作业费用，同时满足可现场配制，初凝时间可调的技术要求。

关键词：抗高温；稠油热采井；水泥浆配方

1耐高温高强低密度水泥浆的机理分析

高强低密度水泥浆的设计基于紧密堆积和颗粒级配理论,通过活性材料的选择和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,提高单位水泥浆体系中的固相含量,使体系达到紧密堆积的效果。针对稠油热采井存在的问题,固井水泥浆应具有以下性能:（1）在低温下快速凝结,防止候凝过程中的环空窜流,形成密封性能良好的优质水泥环；（2）在生产过程中,水泥石要具有长期的抗高温强度衰退性能,水泥环保持完整,满足油气井正常生产和提高采收率的需要；（3）水泥浆具有较低的API失水量；（4）水泥浆具有良好的流变性能。

2抗高温低伤害热井水泥配方实验分析

选用现有的堵漏纤维ZYJ-1（网架纤维堵漏剂）、SNXW-1（长聚合物纤维）、XXXW-2（新型高聚物纤维绒）、XXW-2（天然高分子纤维）和矿物纤维MR-1，分别在油井水泥中评价其性能，实验得出以下结论：（1）实验所选纤维在堵漏方面基本都能体现出良好的性能，其中MR-1、XXW-2和SNXW-1在较少加量时即可显著增加挤入压力，五种纤维均能一定程度提升击穿压力，但不同纤维对浆体的性能影响差异较大。（2）纤维SNXW-1对堵漏剂浆体表观黏度、流动性、抗压强度均有较大的影响，增稠现象明显，在实验过程中发现，SNXW-1呈絮状，在搅拌过程无法搅拌均匀，会缠绕在搅拌器上，使得其在配制好的浆体中无法分散均匀。因此SNXW-1不具备工程实用性。（3）纤维XXXW-2对堵漏剂浆体表观黏度、流动性影响较大，增稠现象非常明显。（4）纤维ZYJ-1、XXW-2、MR-1对堵漏剂浆体的表观黏度、流动性、抗压强度影响幅度都很小，增压效果ZYJ-1<MR-1<XXW-2，但是由于XXW-2为有机纤维，在300℃条件下会完全失效，在热采井封固剂中无法使用。因此，满足条件的纤维为MR-1和ZYJ-1，由于MR-1的增压效果优于ZYJ-1，最终选择MR-1为热采井封固剂的结构形成剂。

2.1热采井水泥浆配方优选

实验方案：通过正交实验优选热采井固井水泥浆配方，实验方案（见表1~3）。

根据正交实验的结果，通过直观分析法和正交实验结果计算分析法初步得出下列热采井抗300℃低伤害固井水泥浆优化配方（两种方法得出的配方一致）（见表4）。

2.2配方优化结果

通过对正交实验结果进行深入的分析，发现XHS的加量还应该进一步调整，并且考虑进一步简化配方，增加不使用KZ的配方，便于现场施工。

配方3材料简单满足高温热采井的要求，具有以下优点：（1）热采水泥浆配方浆体的流动性好，浆体稳定，封堵层形成速度快。（2）低温条件下，热采井封固剂具有良好的早期抗压强度和抗窜强度，而且在经过300℃高温养护后，抗压强度和抗窜强度进一步提高，显示出较好的抗高温性能。（3）热采水泥浆配方的浆体驻留性好，网架结构形成速度快强度高，表现为漏失地层挤入压力较高。堵漏后承压强度好，封堵牢固，同时浸砂层的深度小于10mm，对储层无污染较小。

3水泥浆配方性能控制

3.1温度对初凝时间的影响

为了满足不同井底温度井的施工需求，探究了温度对初凝时间的影响，实验结果（见图1）。由实验结果可知：随着温度的升高，初凝时间逐渐缩短，当温度大于50℃时温度对初凝时间的影响逐渐减小；适量的添加缓凝剂能有效延长初凝时间，但是温度仍然起到决定性作用。在现场施工过程中应根据井筒温度确定合适的安全施工时间，根据需求调整缓凝剂加量，达到安全施工的目的。

3.2温度对抗压强度的影响

为了探索温度对热采井封固剂强度的影响，测试了以下条件养护情况下试模样品抗压强度的变化（见表5）。表5温度对抗压强度的影响实验结果发现，当在低温条件下时，短期内热采井封固剂抗压强度较低，必须经过较长时间的养护，才能使强度达到最佳；随着温度的提升抗压强度升高，并且短期强度也明显提升；高温养护条件下，二次水化使试模抗压强度进一步提升，200℃条件下其抗压强度即可大于14MPa，并且温度越高抗压强度还会有所提升，300℃条件下可达到19MPa以上，因此完全满足热采井的应用。

表5温度对抗压强度的影响

参考文献

[1]全红平,刘勇,张利明,刘建新,王斌.一种高选择性渗透水泥浆体系研究[J].现代化工,2015,03:71-74.

[2]刘大红,刘艳红,吴燕,许京国,郑淑杰.堵水疏油水泥浆体系的室内研究[J].西南石油学院学报,2001,03:63-66+1-0.