超低密度水泥漿體系在鶴煤3井固井中的應用

齊先立

(中國石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮陽 457001)

超低密度水泥漿體系在鶴煤3井固井中的應用

齊先立

(中國石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮陽 457001)

鶴煤3井在360～1 030 m井段共發生8次漏失，共計漏失鉆井液100 m3。通過優選水泥漿體系，采用含有特種纖維防漏增韌和助防漏材料的低密度和超低密度兩種水泥漿體系相搭配進行固井，有效地防止了井漏，固井質量良好。超低密度水泥漿體系在該井的成功應用，為該區塊大面積開發煤層氣提供了強有力的技術保障。

鶴崗盆地；鶴煤3井；超低密度水泥漿；固井

鶴煤3井位于鶴崗盆地紅旗斷陷東部斜坡區，自上而下依次鉆遇道臺組、寶泉嶺組、松木河組、猴石溝組、東山組、穆棱組、城子河組，穆棱組、城子河組為主要目的層，穆棱組主要為灰色砂質礫巖夾深灰色泥巖、粉砂質泥巖、灰色泥質粉砂巖、粉砂巖、細砂巖，與下伏地層呈不整合接觸。城子河組為主要含煤層系。本區煤儲層壓力多數處于略欠壓狀態，壓力為2.24～5.00 MPa。從儲層壓力和壓力梯度看，隨著煤層埋藏深度的增加，儲層壓力增高，壓力梯度增大。

該井鉆井目的是通過鉆井采氣，有效地降低煤層和圍巖中的瓦斯含量，達到安全采煤目的，總體評價煤層氣勘探前景，同時兼探致密砂巖氣，為鶴崗盆地進一步評價和尋找煤層氣提供參數。

1 工程簡況及固井難點

鶴煤3井一開使用φ346 mm鉆頭鉆至井深52 m,φ273 mm表層套管下至井深51.90 m；二開使用φ215.9 mm鉆頭鉆至井深1 420 m完鉆，φ139.7 mm套管下至井深1 417.98 m。該井氣層頂界598 m，氣層底界是1 381 m。二開采用微泡沫鉆井液，鉆至360 m時發生井漏，漏失密度0.90 g/cm3；鉆進至1 030 m處時發生井漏，漏失密度0.98 g/cm3；該井從360 m到1 030 m處存在多處漏失點。后將密度降至0.95 g/cm3，同時降低泵排量直至完鉆。完鉆電測前共計發生漏失20多次，共計漏失鉆井液約100 m3左右。

根據鉆井情況，該井固井施工存在以下技術難點：①上部地層的斷層、不整合面等存在漏失的問題，固井施工過程中有水泥漿漏失的隱患，且易造成水泥漿低返；下部煤層段抗破裂壓力低，固井存在漏失風險。②井淺且地溫梯度較低，若水泥漿密度過低，返高頂部的水泥石的強度發展緩慢，強度很難滿足地質要求。

2 水泥漿體系研究

針對鶴煤3井鉆井過程中的漏失情況，為防止固井及候凝過程中發生漏失，首先采用降低水泥漿的密度。單純的降低水泥漿密度會導致水泥漿的失水、析水增大，強度降低，且漿體的穩定性也大大降低，所以采用一般的低密度水泥漿體系已遠遠不能滿足固井施工要求。

2.1 超低密度水泥漿

針對該井漏失嚴重情況，選用低密度和超低密度兩種水泥漿體系相搭配。水泥漿體系采用減輕材料和顆粒級配[1]的漂珠微硅低密度水泥漿體系。在兼顧水泥漿密度、流動性和強度的同時，選用性能優異的低密度水泥漿穩定劑，以解決減輕材料在水泥漿中上浮的問題。由于鉆井過程中采用的是微泡沫鉆井液體系，鉆井液的密度為0.95 g/cm3，根據該井的裂縫孔隙型漏失情況及地層特性，選擇由特種纖維防漏劑及適量助防漏劑組成的低密度水泥漿體系[2]。特種纖維防漏劑具有適宜的尺寸，表面經過親水處理，在水泥漿中具有良好的分散作用。助防漏劑具有懸浮穩定纖維，保證纖維在水泥漿中均勻分散作用，與水泥顆粒及纖維相互作用，形成網絡結構，大大提高防漏劑堵漏能力，并可適當提高纖維與水泥的膠結作用。作用機理是通過注水泥的壓力將堵漏材料壓縮，擠入漏失地層，形成屏蔽層，阻止繼續漏失；同時纖維材料具有一定的彈性，在水泥漿失重的情況下，體積有所恢復，水泥石發生適度膨脹，阻止油水外浸。根據現場地質情況，在室內用模擬堵漏實驗裝置，選用不同孔徑和和寬度的模塊進行實驗，根據堵漏效果，確定在水泥漿中加入不同尺寸和長度的纖維材料，通常長度小于12 mm。

2.2 水泥漿性能

水泥漿應具有密度低、防漏、堵漏的性能，同時失水、稠化時間、早期強度等指標還要滿足施工和后期開發的要求。根據緊密堆積理論[3]，利用合理的物料顆粒級配，提高單位體積水泥漿中的固相含量，形成更加致密的水泥石；考慮超細礦物材料之間的物理化學作用，在室內對超低密度水泥漿的穩定劑、低溫促凝早強劑、低溫早強劑、分散劑進行了優選，并進行了一系列的低密度和超低密度防漏水泥漿配方實驗。最后選定1.50 g/cm3的常規低密度水泥漿體系和1.25 g/cm3超低密度水泥漿體系。

(1)常規低密度水泥漿體系配方：JHG級高抗硫酸鹽油井水泥+25%精細漂珠+36%早強劑+4%纖維防漏劑+4%助防漏劑+2%促凝早強劑+1%分散劑+0.3%消泡劑(水灰比：0.9)。

(2)超低密度水泥漿體系配方：JHG級高抗硫酸鹽油井水泥+92%精細漂珠+85%早強劑+8%纖維防漏劑+6%助防漏劑+2.5%促凝早強劑+1%分散劑+1.5%消泡劑(水灰比：1.6)。

從表1的水泥漿性能可知，在45 ℃條件下，密度為1.25 g/cm3的超低密度水泥漿流動性好，游離液基本為零，失水易控制，稠化時間可調，抗壓強度高，具有良好的水泥漿綜合性能，可滿足鶴煤3井的固井施工要求。

3 現場應用情況

根據電測井徑、封固段長度及水泥附加量并考慮到部份漏失情況，一級計算需用水泥量16 t；二級計算需用水泥量17 t；固井前鉆井液密度為0.95 g/cm3，黏度90 s，濾失量4 mL，含砂量0.1%，初、終切為4/17 Pa，pH值為8。

表1 超低密度水泥漿和低密度水泥漿體系性能評價結果

(1)一級固井：①注隔離液7 m3。②注入密度為1.50 g/cm3的低密度水泥漿25 m3，水泥漿最大密度1.51 g/cm3，最低密度1.45 g/cm3，平均密度1.49 g/cm3。③注入壓塞液2.0 m3。④替漿，替漿前期采用水泥車替，替清水10.12 m3。后期改用鉆井隊泥漿泵替泥漿5.0 m3。(采用塞流頂替，排量控制在1.0 m3/min)。一級固井施工順利。

(2)二級固井：①注隔離液7 m3。②注密度為1.25 g/cm3的超低密度水泥漿20 m3，水泥漿最大密度1.25 g/cm3，最低密度1.22 g/cm3，平均密度1.24 g/cm3；注密度為1.50 g/cm3的低密度水泥漿16 m3，水泥漿最大密度1.53 g/cm3，最低密度1.50 g/cm3，平均密度1.44 g/cm3。③注壓塞液2.0 m3。④替漿，采用水泥車替漿，替清水9.86 m3。(采用塞流頂替，排量控制在1.0 m3/min)。替漿壓力0～5 MPa，碰壓15 MPa。二級固井施工順利，水泥漿返出地面。

72小時后測聲幅，水泥返高達到設計要求，全井固井質量良好。

4 結論

(1)特種纖維防漏增韌和助防漏材料與漂珠組成的低密度和超低密度水泥漿體系，能夠滿足低溫低壓易漏煤層氣井固井的技術要求。

(2)特種纖維防漏增韌和助防漏材料與漂珠組成的低密度和超低密度水泥漿體系不但具有良好的堵漏功能，而且濾失量小，可以有效地阻止油水的外浸、減小產層污染，確保了固井質量。

[1] 張軒,張明玉,聶世均，等.非滲透抗竄低密度水泥漿在Mynteke油田的應用[J].石油地質與工程,2011,25(1):118-120.

[2] 賈應林,楊啟華,鄧建民，等.纖維堵漏低密度水泥漿的室內研究[J].鉆采工藝,2009,32(1):87-91.

[3] 黃柏宗.緊密堆積理論優化的固井材料和工藝體系[J].鉆井液與完井液,2001,18(6):1-8.

編輯：劉洪樹

1673-8217(2015)05-0122-03

2015-01-13

齊先立，工程師，1980年生，2001年畢業于中原石油學校有機化學工藝專業，現主要從事固井施工工藝和水泥漿的研究與應用工作。

TE256

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