９０ 西部探矿工程 ２０１１年第１０期 深井高密度水泥浆防污染技术研究与应用 祁文明 ，田群山，吴天师，赵宗璋，杜 江，贺晓江 （西部钻探国际钻井公司，乌鲁木齐８６３００００） 摘要：在深井钻井区域，高密度水泥浆遇到高密度钻井液均会发生污染，造成水泥浆流变性变差、顶 替效率降低、井壁虚泥饼增厚而影响固井质量等固井问题，通过调节水泥浆性能、调配与水泥浆及钻 井液相容性良好的隔离液、预处理大段钻井液等工艺措施，可有效减少钻井液对水泥浆的污染，降低 固井施工风险，提高顶替效率，由此提高固井质量。通过现场试验证实，在深井、高密度钻井条件下， 该技术可有效防止水泥浆污染，现场应用情况良好。 关键词：深井；高密度水泥浆；防污染；固井 中图分类号：ＴＥ２文献标识码：Ｂ文章编号：１ＯＯ４—５７ｌ６（２０１１）ｌＯ—Ｏ０９０一Ｏ３ 玉门油田酒东区块油层的完钻井深在４０００ｍ以 上，井底温度、压力高，存在高压盐水层，钻井液矿化 与钻井液中粘土的钠离子发生离子交换，导致钻井液中 的粘土颗粒聚结形成絮凝物质，钻井液失去可泵性；钻 井液污染水泥浆是因为钻井液的某些处理剂引起水泥 度高，完井钻井液密度２．０ｇ／ｃｍ。以上，水泥浆密度 设计在２．２０ｇ／ｃｍ。以上。在常压稠化仪上，钻井液 与水泥浆以各种比例混合养护，均发生增稠现象。 水泥浆受到钻井液污染后，其主要表现为：①水泥浆 流动性变差，粘度和动切力上升；污染后形成的粘稠 物质将吸附在套管与井壁上，不容易顶替干净，尤其 在套管偏心的地方形成滞留区。②该地区固井施工 压力高，压力安全窗口小，水泥浆污染后，替浆排量 难以达到设计要求，顶替效率低。③水泥浆受到污 染后，水泥石的强度降低，一、二界面胶结能力减弱， 影响固井质量。 浆缓凝剂部分或者全部失效甚至反向，导致水泥浆稠化 时间快速缩短，水泥浆失去可泵性。 由此，对于高密度水泥浆体系来说，降低其失水、保 证水泥浆体系有良好的沉降稳定性、减少游离液量，可 减少水泥浆自由水量，减少溶于自由水中Ｃａ。＋离子与 钻井液中自由水中Ｎａ＋离子的置换，可有效减少两者 之间的相互污染。 ２．２隔离液体系研究 良好的隔离液不仅可平衡注水泥过程中液柱压力 平衡、冲洗井壁、提高顶替效率的作用，而且可以很好地 分隔钻井液与水泥浆，减少两者的接触，降低两者的污 染。 １ 高密度水泥浆防污染技术对策 要解决深井固井中高密度水泥浆被钻井液污染难 题，需要解决的技术问题有：①调配出性能优良的高密 度水泥浆体系，调节好水泥浆的密度、流变性、沉降稳定 性、失水、强度等各性能。②调配出性能优良的隔离液 体系。以隔离液分隔钻井液及水泥浆，减少两者之间的 接触，由此减少水泥浆被污染。③对钻井液进行预处 理，减少钻井液体系对Ｃａ２＋离子的敏感度，可减少钻井 液对水泥浆的污染。 ２防水泥浆污染室内研究 ２．１高密度水泥浆体系研究 水泥浆与钻井液相容性差是它们两者相互作用引 起的。水泥浆污染钻井液是因为水泥浆中的Ｃａ。＋离子 ＊收稿日期：２０１０－１２—１３ 为了满足高密度固井及防水泥浆污染的要求，应用 了以ＢＣＳ—Ｏ２ｌＬ、ＢＣＳ－－０２０Ｓ为主剂，以重晶石为加重 剂的加重隔离液体系。室内调配情况如表１、表２所 示。 表１隔离液性能 第一作者简介：祁文明（１９８Ｏ一），男（汉族），青海乐都人，工程师，现从事固井工程技术工作 ２０１１年第１Ｏ期 西部探矿工程 ９ｌ 表２隔离液与钻井液及水泥浆的相容性 序号 液体名称 比例— 最 — — — 壁 —— —— ＿— 而 初终切 表３离液配方及相容性和污染实验结果 井液与水泥浆之间的污染。 喜 液体名称 比例 结论 实验时间（ｍｉｎ） 预处理钻井液性能：密度２．０ｇ／ｃｍ３，粘度７０ｓ，试验 温度８８℃，试验压力为常压；粘度计读数：６００ｒ／ｍｉｎ为 １水泥浆：隔离液１：１实验正常，未见稠化现象 １８０ ５８，３００ｒ／ｍｉｎ为３０，２００ｒ／ｍｉｎ为２１，１００ｒ／ｍｉｎ为１２， ２泥浆：隔离液１：１实验正常，未见稠化现象 １８０ ６ｒ／ｍｉｎ为４，３ｒ／ｍｉｎ为３；ｎ一０．８３，Ｋ一０．０９Ｐａ・Ｓ“， 水泥浆：隔离液，．１实验正常， Ｐｖ＝２９ｍＰａ・ｓ，Ｙｐ＝１Ｐａ。 ．１ 。，、，、 ：泥浆 未见稠化现象 ３防水泥浆污染技术应用情况 ４水泥浆：泥浆９：１实验正常，未见稠化现象 １８０ 以长２１０井完井固井为例，长２１０完钻井深 ５水泥浆：泥浆８：２实验正常，未见稠化现象 １８０ ５１５０ｍ，完井钻井液密度为２．０５ｇ／ｃｍａ，粘度１２８ｓ。采 ６水泥浆：泥浆７：３实验正常，未见稠化现象 １８０ 取下人 １３９．７ｒａｍ的尾管悬挂固井。 ３．１水泥浆性能 从相容性试验可以看出：隔离液较水泥浆及钻井液 密度２．２５ｇ／ｃｍ３，水灰比０．７６，试验条件８８℃／ 具有更好的流变性，隔离液与泥浆、酒东水泥浆配方之 ９０ＭＰａ，失水６０ｍＬ，强度８．９ＭＰａ，初稠２２ＢＣ，稠化时 间相混后，流变性好，说明该隔离液与此三种液体具有 间３７０ｍｉｎ；流变性：￣６００为２６９，￣３００为１６３，￣２００为 很好的相容性。 １２０，￣１００为７７，西６为１４， ３为１０；咒一０．６８，Ｋ— ２．３钻井液性能研究 １．２Ｐａ・Ｓ“。 注水泥设计时，在前置液前设计一定量经过预处理 ３．２隔离液与钻井液及水泥浆相容性试验（见表３） 的钻井液，减少钻井液对Ｃａ２＋离子的敏感度，可减少钻 ３．３预处理钻井液性能（见表４） 表４预处理钻井液与原钻井液及水泥浆相容性实验 从表４可以看出预处理浆、钻井液与水泥浆相容性 ４结论与认识 良好，没有污染现象发生。 （１）水泥浆与钻井液相容性差是它们两者相互作用 本次固井施工过程顺利，各项技术指标均达到设计 引起的。水泥浆污染钻井液是因为水泥浆中的Ｃａ外离 要求。经ＣＢＬ／ＶＤＬ测井，固井质量优质。 （下转第９３页） ２０１１年第１Ｏ期 西部探矿工程 ９３ Ｉｎ［血 ］＋（ ）ｌｎ［ ］ 井眼的偏心距为Ｏｍ，水平井井段长度为２００ｍ。完井参 ｌｎ［ａ＋￣／ ａ２－－一（Ｌ／２）２］＋（ｌｆ＾／Ｌ）Ｉ数及产能预测结果见表１。 ｎ［ 翳 ］＋ 由表１分析可知，不论是裸眼完井、优质筛管完井、砾 （５） 石充填完井还是预充填筛管完井，都增大了表皮系数，降 ２实例研究 低了自然产能比；其中砾石充填完井的产能比最高，其产 水平井的基本参数：水平方向和垂向渗透率分别为 能比损失为０．０６４８，而优质筛管完井和预充填筛管完井的 ３．５、２．２ ｍ２，原油粘度３５０ｍＰａ・ｓ，原油体积系数为１． 产能比损失为Ｏ＿１３７和０．２６５。若结合施工工艺来全面考 １，油层厚度为２０ｍ，井眼半径为０．１０７９ｍ，供油半径为 虑，由于砾石充填完井的施工复杂而困难，因此在水平井 １５０ｍ，原油密度为９８０ｋｇ／ｍ３，生产压差为２ＭＰａ，水平 中实施优质筛管完井不失为较好的防眇完井方式。 表１各种完井方式产能预测结果对比 无论采用那种完井方式，随着油井的开采，表皮系 平井完井方式的优选具有一定指导意义，具体完井方式 数是不断变化的。而水平井产能比随表皮系数的增加 选择还需要参考现场工艺进行综合考虑。 而降低，当表皮系数大于１５以后，产能比基本稳定在 ０．３左右，进入稳产阶段，因此搞清出砂后的储层砂堆 参考文献： 积渗透率以及防砂管的堵塞程度，实时准确地确定表皮 Ｅｌｉ Ｊｏｓｈｉ Ｓ ｎ Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｅｌｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｕｓｉｎｇ ｓｌａｎｔ 系数是水平井产能预测以及完井方式优选的基础。 ａｎｄ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｅｌｌｓｆＪ］．ＳＰＥ１５３７５，１９８６． ３结论 Ｅ２３熊友明，潘迎德．裸眼系列完井方式下水平井产能预测研 （１）在综合考虑井眼偏心距、储层各向异性、地层损 究ｒ－ｊ］．西南石油学院学报，１９９７，１９（２）：４２—４６． 害以及完井方式等因素的基础上，引入自然产能比作为 Ｉ－ｓ］熊友明，潘迎德．各种射孔系列完井方式下水平井产能预 测研究［Ｊ］．西南石油学院学报，１９９６，１８（２）：５６－６１． 水平井产能评价指标，推导了水平井不同完井方式时产 ［４］熊友明，郭士生，刘静，等．东海平湖油田Ａ３水平井完井方 能比计算公式，可以对水平井不同完井方式时产能进行 法研究ｒＪ－］．油气地质与采收率，２００３，１０（５）：７３—７７． 对比评价。 ［５］董长银，武龙，王爱萍，等．不同完井方式水平井表皮系数 （２）准确确定表皮系数是水平井产能预测的前提， 及产能评价新方法［Ｊ］．特种油气藏，２００９，１６（６）：７７—８１． 通常情况下，裸眼完井产能比最高，砾石充填完井方式 ［６］Ｍｅｔｉｎ Ｋａｒａｋａｓ．Ｓｅｍｉａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ ｐｅｒ— 其次，预充填筛管完井方式产能比最低。本研究对于水 ｆｏｒａｔｅｄ ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｓ［－Ｊ］．ＳＰＥ１８２４７，１９９１． （上接第９１页） 子与钻井液中粘土的钠离子发生离子交换，导致钻井液 水可减少污染的发生。 中的粘土颗粒聚结形成絮凝物质，钻井液失去可泵性； （３）良好的隔离液可有效分隔钻井液与水泥浆，避 钻井液污染水泥浆是因为钻井液的某些处理剂引起水 免二者的直接接触，减少水泥浆污染的发生。 泥浆缓凝剂部分或者全部失效甚至反向，导致水泥浆稠 （４）对钻井液进行预处理，降低钻井液对Ｃａ。＋离子 化时间快速缩短，水泥浆失去可泵性。 的敏感度，降低钻井液的塑性粘度和动切力，在注前置 （２）调节好水泥浆体系的综合性能，降低水泥浆失 液之前注人井内，可有效降低水泥浆的污染。
