超高溫高密度防漏堵漏水泥漿技術

王兆永

（藍海博達科技有限公司，福建泉州 362100）

樂東區塊成藏模式為“烴源流體超壓驅動、底辟微裂縫輸導、重力流水道儲集、厚層淺海高壓泥巖封蓋、天然氣上傾尖滅式成藏”[1-2]。地層縱向的壓力梯度變化很大。在鉆遇高壓氣層的井眼內，同時存在薄弱層甚至裂縫型的漏失層，要壓穩高壓氣層，就有壓漏薄弱層的危險，鉆井液密度安全窗口窄，壓穩和防漏矛盾十分突出[3-5]，通過前期調研發現，對于滲透和裂縫性堵漏，大多數采用纖維堵漏[2，6]，但是這種辦法應用在180 ℃以上超高溫環境研究比較少，有的話也存在固井質量不好的情況，因此需要開發一套超高溫堵漏防漏水泥漿，以滿足樂東區塊高溫高壓鉆完井要求，為該氣田的后續勘探開發提供技術保障。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

嘉華G 級水泥，四川嘉華特種水泥廠；淡水為普通蒸餾水；Micro-Max 納米增強材料、PC-B6 高溫穩定材料、C-FL830 降失水劑、C-F42 分散劑、C-DF62 消泡劑、H40L 無機緩凝劑、X66L 耐溫緩凝劑、PL-F64 堵漏纖維，荊州嘉華科技有限公司；剛性堵漏材料、TG4500 型和TG2500 型堵漏材料，實驗室自制。

TG-3060 恒速攪拌器、TG-71 高溫高壓失水儀、TG-8040 高溫高壓稠化儀、TG-3060 六速旋轉黏度計，沈陽泰格石油儀器設備制造有限公司；YJ-2001 勻加荷壓力試驗機，青島森欣機電設備有限公司；HY-20080 微機控制電子萬能材料試驗儀，上海衡翼精密儀器有限公司。

1.2 實驗方法

（1）水泥漿性能測試，按照國家標準GB 10238—2005《油井水泥》和GB/T 19139—2012《油井水泥試驗方法》評價水泥漿的性能[7]。

（2）堵漏實驗評價，通過調節高溫高壓靜態堵漏儀上的圓形椎體與套筒之間的距離來模擬不同寬度的裂縫，本實驗分別將模具設置為0.5 mm 和0.9 mm尺寸模擬裂縫地層，模擬漏失通道試件的直徑均為58 mm，厚度均是25.5 mm，然后采用高溫高壓靜態堵漏儀來評價不同水泥漿體系的防漏堵漏能力。

2 結果與討論

2.1 超高溫高密度水泥漿固井堵漏材料的篩選

2.1.1 堵漏纖維 為了探究纖維在水泥漿中對水泥漿性能的影響，室內對不同種類纖維進行了水泥漿流變性和力學性能評價，實驗結果見表1。

從表1 可以看出，杜拉纖維和PL-F64 堵漏纖維的抗沖擊強度比較高，但是PL-F64 堵漏纖維抗壓強度和抗折強度相對于杜拉纖維要高，分別提高了24.4%和26%，且PL-F64 堵漏纖維流變性更好，PLF64 堵漏纖維的彈性模量最低，降低了48.8%，PL-F64堵漏纖維的加入增加了纖維水泥石韌性。

表1 纖維類型對水泥石力學性能的影響

在等質量纖維條件下，纖維長度對水泥石的韌性和力學性能也能產生影響，纖維過長在水泥漿體內存在纏結重疊，纖維過短，其在破壞界面上的黏結力和機械咬合力太小，而無法阻止水泥石局部裂縫的擴展，從而達不到增加水泥石韌性的目的[1，3]。所以，合理的纖維長度是提高纖維水泥石韌性的一個關鍵因素。因此室內對PL-F64 堵漏纖維的長度進行了篩選評價，實驗結果見表2。從實驗結果可以看出，長度為3 mm 的PL-F64 堵漏纖維抗壓強度和抗沖擊強度比較高，抗壓強度大于25 MPa，彈性模量最低為2.01 GPa，滿足樂東區塊超高溫固井作業需求。

表2 不同長度的堵漏纖維對水泥石力學性能的影響

2.1.2 彈性堵漏材料 混合彈性堵漏材料是由TG4500 型和TG2500 型按一定比例混合使用的一類具有彈性的物質，該物質即使在高壓情況下仍然具有較大的彈性恢復能力，可以在誘導裂縫和裂縫漏失的情況下使用，具有良好的漏失封堵和抗返吐剪切效果。針對其彈性性能開展彈性測試研究，實驗結果見圖1。

圖1 不同材料的彈性比較

從實驗結果可以發現，無論是在34.5 MPa 還是在68.9 MPa 外壓力作用下，混合彈性堵漏材料的彈性最高，在兩種壓力作用下，彈性分別達到了78%和114%，所以當水泥石中含有這種彈性顆粒材料，外力作用于水泥石并在水泥石內部傳遞時，彈性材料會對力的傳遞起到一個分散和緩沖作用，并吸收部分能量，防止大裂紋產生，從而提高了水泥石的抗沖擊性能。

2.1.3 剛性堵漏材料 通過對PM-R62 剛性堵漏材料粒徑的優選，室內對70～150 目的PM-R62 剛性堵漏材料在密度2.35 g/cm3的現場配方中進行了進一步的實驗評價，見表3。

表3 70～150 目PM-R62 剛性堵漏材料加入高溫水泥漿體系中的理化性能

100%水泥+120%Micro-Max 納米增強材料+40%PC-B6 高溫穩定材料+5%C-FL830 降失水劑+2%CF42 分散劑+0.7%C-DF62 消泡劑+50%淡水+0.6%H40L 無機緩凝劑+0.6%X66L 耐溫緩凝劑+PM-R62 剛性堵漏材料（密度：2.35 g/cm3）。

實驗表明，摻有70～150 目PM-R62 剛性堵漏材料的水泥石180 ℃、24 h 情況下，抗壓強度隨著PM-R62剛性堵漏材料粒徑增大明顯提高，摻有100 目PM-R62剛性堵漏材料的水泥石抗壓強度均在25 MPa 以上，而且流變性較好，綜合考慮實際頂替效率、水泥石抗壓強度等要求，具有較好流變特性，摻有100 目PM-R62 剛性堵漏材料的水泥漿能夠滿足高溫固井作業需要。

2.2 超高溫高密度水泥漿堵漏效果評價

2.2.1 不同堵漏水泥漿堵漏性能評價 實驗采用大（TG4500 型）、中（TG2500 型）、?。≒M-R62）三種堵漏顆粒，同時搭配3 mm 的PL-F64 堵漏纖維，大中小不同粒徑的顆粒使得整個水泥漿漿體具有比較寬的粒徑分布。評價了四種不同堵漏水泥漿體系配方的堵漏效果，實驗結果見表4。實驗配方分別為：

1#配方：2.35 g/cm3密度水泥漿基礎配方+TG2500型堵漏劑2%+TG4500 型堵漏劑2%；

2#配方：2.35 g/cm3密度水泥漿基礎配方+TG2500型堵漏劑2%+TG4500 型堵漏劑2%+3 mm PL-F64 堵漏纖維1%；

3#配方：2.35 g/cm3密度水泥漿基礎配方+TG2500型堵漏劑5%+TG4500 型堵漏劑2%+3 mm PL-F64 堵漏纖維2%+100 目PM-R62 剛性堵漏材料6%；

4#配方：2.35 g/cm3密度水泥漿基礎配方+TG2500型堵漏劑4%+TG4500 型堵漏劑2%+3 mm PL-F64 堵漏纖維2%+100 目PM-R62 剛性堵漏材料7%。

由表4 分析可以得到，1#水泥漿堵漏能力很差，2#水泥漿堵漏能力較差，3#～4#組合水泥漿堵漏能力較好，說明彈性堵漏材料+剛性堵漏材料+纖維材料三相復配有利于提高水泥漿的堵漏效果，可堵0.5 mm 的裂縫，大于3.4 MPa 壓差下滿足漏失量小于50 mL，這是由于大、中尺寸顆粒在裂縫中形成支點，然后分散在水泥漿中的纖維纏繞、聚集在大、中顆粒上，顆粒與顆粒之間很快被纖維、中小顆粒緊密充填，迅速形成泥餅，阻擋水泥漿的漏失。

表4 不同配方堵漏實驗結果

考慮到目的層井底壓力大，且目的層微裂隙發育，根據樂東區塊已鉆井漏失裂縫寬度主要分布在450～830 μm，裂縫增大水泥漿的堵漏效果變差，室內通過微調彈性堵漏劑及堵漏纖維的配比，開展了不同裂縫水泥漿的堵漏效果評價，見表5。從表5 可以看出，4#堵漏配方在1.5 mm 的裂縫下水泥漿的堵漏能力可以達到4 MPa，當壓力增大堵漏能力降低。當調整彈性堵漏劑TG2500 型堵漏劑與TG4500 型堵漏劑配比，并將PL-F64 堵漏纖維增至2.5%時，5#配方在1.5 mm 的裂縫下堵漏水泥漿的堵漏能力可以達到6.8 MPa，并且在8.0 MPa 壓差內該堵漏水泥漿能夠有效的封堵裂縫避免較大的漏失。

表5 不同裂縫條件下的堵漏結果

2.2.2 堵漏水泥漿常規性能評價 為了進一步探究5#堵漏水泥漿配方常規性能，室內對2.35 g/cm3密度水泥漿基礎配方+TG2500 型堵漏劑3%+TG4500 型堵漏劑3%+3 mm PL-F64 堵漏纖維2.5%+70～100 目PM-R62 剛性堵漏材料7%所配制的水泥漿性能進行了測試，實驗結果見表6。從表6 實驗結果可知，和基礎配方相比，添加堵漏材料后堵漏水泥漿抗壓強度增大，相比于基礎配方提高了26.2%，堵漏水泥漿失水量變小，稠化時間有輕微延長，但是對水泥漿的流變性能影響較小，這是由于堵漏材料TG2500 型堵漏劑和TG4500 型堵漏劑以及摻有100 目左右的PM-R62 剛性堵漏材料均為惰性材料，顆粒較大。

表6 配方5#堵漏水泥漿性能評價結果

3 結論

（1）通過對不同堵漏材料的堵漏性能進行評價，篩選出了3 mm 的PL-F64 堵漏纖維和摻有100 目左右的PM-R62 剛性堵漏材料可以有效提高水泥漿的力學性能，混合彈性堵漏材料具有良好的彈性，提高水泥漿的抗沖擊能力。

（2）采用大（TG4500 型）、中（TG2500 型）、小（PMR62）三種堵漏顆粒，同時搭配3 mm 的PL-F64 堵漏纖維可以有效提高水泥漿的堵漏效果，可堵0.5 mm 的裂縫，大于3.4 MPa 壓差下滿足漏失量小于50 mL，PLF64 堵漏纖維增至2.5%時，5#配方在1.5 mm 的裂縫下堵漏水泥漿的堵漏能力可以達到6.8 MPa。