“智能快干”堵漏水泥漿體系的室內(nèi)研究與現(xiàn)場應(yīng)用

游云武 （中石化江漢石油工程公司鉆井一公司，湖北 潛江433121）

涪陵頁巖氣田屬典型的喀斯特地貌，上部海相地層，下部韓家店組、小河壩組地層微裂縫發(fā)育，易漏失，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鉆井施工難度大。現(xiàn)場已鉆各井都存在不同程度的漏失，部分井漏失量甚至在1000m3以上，不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且極大地影響了鉆井施工進(jìn)度［1］。為解決漏失問題，現(xiàn)場采取了多種堵漏技術(shù)和方法，卻收效甚微。為了提高現(xiàn)場漏失封堵效果，通過室內(nèi)研究與現(xiàn)場實(shí)踐相結(jié)合的方式，以具有快硬特性的智能快干水泥漿體系作為核心技術(shù)，開發(fā)出了一種新型堵漏技術(shù)——“智能快干”堵漏技術(shù)。所謂“智能快干”包含兩層含義：①水泥漿的稠化時間可以根據(jù)堵漏需要智能調(diào)節(jié)，幾分鐘或幾十分鐘就可以實(shí)現(xiàn)精確控制，現(xiàn)場重復(fù)性好；②快干是指水泥具有很快的水化速率和水硬強(qiáng)度，能夠及時有效封堵漏層?，F(xiàn)場根據(jù)水泥漿體系的特點(diǎn)制定了配套的施工工藝技術(shù)，提高了“智能快干”堵漏技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用的可操作性，增加了現(xiàn)場使用的成功率。

1 室內(nèi)研究

1.1 特種調(diào)凝劑RET－S對水泥漿性能的影響

“智能快干”水泥漿體系具有凝結(jié)快、早期強(qiáng)度高、微膨脹、抗硫酸鹽侵蝕等特點(diǎn)，在鉆探工程中，常被用于封堵、孔壁加固和人工造壁等方面?！爸悄芸旄伞彼酀{稠化時間較短，很難滿足現(xiàn)場施工作業(yè)的安全時間要求［2］。為使智能快凝水泥漿體系具有更好的現(xiàn)場使用性和安全性，研發(fā)了配套的添加劑產(chǎn)品——特種調(diào)凝劑RET－S和流性調(diào)節(jié)劑FIT－1。特種調(diào)凝劑RET－S主要用來調(diào)節(jié)水泥漿稠化時間，流性調(diào)節(jié)劑FIT－1主要用來調(diào)節(jié)水泥漿黏度。根據(jù)不同層位的堵漏要求，設(shè)計(jì)不同稠化時間和黏度的堵漏水泥漿。室內(nèi)參照配方：100%智能快干水泥＋50%淡水＋特種調(diào)凝劑RET－S（變量）＋1%流性調(diào)節(jié)劑FIT－1（配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），對不同RET－S質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水泥漿稠化時間與抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了測試，結(jié)果如表1所示。

表1 不同RET－S質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水泥漿稠化時間和抗壓強(qiáng)度

未加RET－S的“智能快干”水泥漿稠化時間只有18min，很難滿足現(xiàn)場作業(yè)要求。通過添加特種調(diào)凝劑RET－S，水泥漿稠化時間可以有效延長。水泥漿的稠化時間與特種調(diào)凝劑RET－S質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈線性關(guān)系，水泥漿的稠化時間可以根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)，現(xiàn)場操作方便快捷。

隨著特種調(diào)凝劑RET－S質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，水泥石4h養(yǎng)護(hù)后抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，而24h養(yǎng)護(hù)后抗壓強(qiáng)度變化不大；在水泥漿稠化時間189min的情況下，水泥石經(jīng)過4h的養(yǎng)護(hù)后能夠形成0.7MPa的強(qiáng)度，充分說明水泥漿具有明顯的快硬特點(diǎn)。

1.2 流性調(diào)節(jié)劑FIT－1對水泥漿性能影響

流性調(diào)節(jié)劑FIT－1為線性高分子聚合物，將其加入水泥漿中可以利用其高分子長鏈改善水泥漿流變［3］，提高堵漏水泥漿黏度和抗水流沖刷能力［4］。室內(nèi)參照配方：100%智能快干水泥＋50%淡水＋1.5%特種調(diào)凝劑RET－S＋ 流性調(diào)節(jié)劑FIT－1（變量），在40℃條件下進(jìn)行水泥漿流變性能測試，結(jié)果如表2所示。

表2 不同F(xiàn)IT－1質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水泥漿流變性能

隨著流性調(diào)節(jié)劑FIT－1質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，水泥漿的黏度明顯增大，水泥漿的稠化時間變化較小，水泥石養(yǎng)護(hù)8h的抗壓強(qiáng)度有變小趨勢，但是降低幅度不大。

為了評價(jià)水泥漿的耐水流沖刷效果，室內(nèi)配制了不同F(xiàn)IT－1質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水泥漿，然后將50mL配制好的水泥漿倒入裝有400mL清水的燒杯中，用取出定子的六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)在轉(zhuǎn)速300r／min下攪拌，觀察水泥漿是否隨著水流擴(kuò)散。從試驗(yàn)結(jié)果（表3）看出，加入FIT－1后能夠顯著提高水泥漿的耐水沖刷效果，F(xiàn)IT－1質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以根據(jù)現(xiàn)場需要來適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)。

表3 不同F(xiàn)IT－1質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水泥漿耐沖刷試驗(yàn)

2 堵漏機(jī)理分析

針對漏失地層的常用堵漏方法包括3種［5～7］：①橋塞堵漏材料（包括固體顆粒填堵和纖維材料封堵）；②采用凝膠材料封堵；③打水泥塞。

上述常用堵漏方法有一定的堵漏效果，同時也存在著很大的局限性，主要包括以下3個方面［8～10］：①嚴(yán)重依賴堵漏經(jīng)驗(yàn)（需要多番嘗試）；②地層縫隙大小不同，堵漏方法有很強(qiáng)的局限性；③堵漏效果的可持續(xù)性差。

為克服上述堵漏問題，研制了“智能快干”堵漏水泥漿體系，液態(tài)水泥漿擠入裂縫、溶洞，快速凝固膠結(jié)在裂縫、溶洞周圍。多次作業(yè)逐漸減小裂縫寬度，縮小溶洞口的大小?！爸悄芸旄伞倍侣┧酀{體系具有以下幾個方面優(yōu)點(diǎn)：

1）快凝——10min內(nèi)液態(tài)過渡到固態(tài)。

2）強(qiáng)度發(fā)展快——30min養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度開始發(fā)展。

3）早期強(qiáng)度高——4h強(qiáng)度最高為12.7MPa，承壓能力強(qiáng)。

4）性能調(diào)節(jié)方便——配方簡單、流性好、施工方便。

3 現(xiàn)場施工風(fēng)險(xiǎn)分析

3.1 找準(zhǔn)漏失地層及深度

1）根據(jù)井下情況分析判斷漏層性質(zhì)，制定試驗(yàn)方案。

2）制定施工方案，確定鉆井液下到哪、打多少、施工時間。

3）現(xiàn)場操作風(fēng)險(xiǎn)控制，做好井隊(duì)和固井隊(duì)的相關(guān)設(shè)備、工具檢查。

3.2 現(xiàn)場施工風(fēng)險(xiǎn)分析評估

該特種水泥與普通固井水泥存在不同程度的污染，要求使用專門的儲灰罐，要清理干凈運(yùn)灰罐。

1）“正污染”試驗(yàn)——該特種水泥混入一定比例的普通固井水泥，稠化時間有一定延長趨勢，對現(xiàn)場施工沒有風(fēng)險(xiǎn)，但可能影響堵漏效果。

2）“反污染”試驗(yàn)——普通固井水泥中混入了該特種水泥，縮短了普通固井水泥的稠化時間，影響到固井施工安全。

3）現(xiàn)場泥漿污染測試——為確保施工安全，使用便攜式稠化儀器現(xiàn)場進(jìn)行復(fù)核試驗(yàn)；工藝上使用試驗(yàn)藥品水前后隔離，確保水泥漿體不受污染。

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

“智能快干”堵漏水泥漿技術(shù)在涪陵頁巖氣田現(xiàn)場應(yīng)用了4口井，3口井封堵成功，1口井封堵失敗，封堵成功率75%。具體應(yīng)用情況見表4。

表4 “智能快干”水泥現(xiàn)場應(yīng)用情況

（續(xù)表4）

5 結(jié)論

1）“智能快干”水泥漿稠化時間較短，很難滿足現(xiàn)場施工作業(yè)的安全時間要求。室內(nèi)研發(fā)的配套添加劑產(chǎn)品（特種調(diào)凝劑RET－S和流性調(diào)節(jié)劑FIT－1），可以保證智能快凝水泥漿體系具有更好的現(xiàn)場使用性和安全性。

2）“智能快干”封堵水泥漿體系具有快凝、強(qiáng)度發(fā)展迅速、早期強(qiáng)度高、性能調(diào)節(jié)方便的特點(diǎn)，有助于現(xiàn)場堵漏作業(yè)的成功。

3）為確保施工作業(yè)的安全，現(xiàn)場作業(yè)時，在配制好混漿藥水后應(yīng)使用便攜式稠化儀器現(xiàn)場進(jìn)行復(fù)核試驗(yàn)。施工過程中，確保水泥漿體不受污染。

4）關(guān)于水泥漿稠化時間的精確控制，通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，該水泥漿可以進(jìn)行預(yù)混拌，預(yù)混拌時間不會對水泥漿的稠化時間產(chǎn)生影響。現(xiàn)場堵漏試驗(yàn)可以采用預(yù)混拌，檢測合格后再進(jìn)行堵漏作業(yè)。

5）現(xiàn)場應(yīng)用效果顯示，智能快干堵漏水泥漿體系表現(xiàn)出了較好的封堵效果。由于現(xiàn)場應(yīng)用井次較少，仍需在不斷的應(yīng)用中摸索改進(jìn)。

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