石油地质与工程 ２０１０年５月 ＰＥＴＲＯｌ ＥｕＭ ＧＥＯＩ （）ＧＹ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ 第２４卷 第３期 文章编号：１６７３—８２１７（２０１０）０３—０１１４—０２ 高温水泥浆体系的研制与应用 姜红波 ，唐晓雷 ，刘来生 ，杨代蓉 ，陈玉同。，冷士华 （１．长江大学，湖北荆州４３４０２３；２．中国石化河南石油勘探局钻井工程公司） 摘要：针对深井高温环境常规水泥外加剂失效、水泥浆性能变差等问题，研制出高温深井水泥浆体系及配套的减阻 剂ＨＮＪＺ１、缓凝剂ＨＮＨＮ１、降失水剂ＨＮＪＳ１。室内实验和现场应用表明，该高温深井水泥浆体系具有失水量低、 流变性能好、稠化时间易调、水泥石强度发展快、抗压强度高等特点。 关键词：高温水泥浆体系；外加剂；水泥石强度；抗压强度 中图分类号：ＴＥ２５４．４ 文献标识码：Ａ 针对深井高温环境常规水泥材料及外加剂失 １．２降失水剂ＨＮＪＳ１的性能 效，导致水泥浆流变性能差、游离水大量增加、水泥 取嘉华Ｇ级水泥８００ ｇ，按要求配置水灰比０．４４ 浆迅速稠化、水泥石强度衰减等问题，开展了减阻 纯浆，在实验温度１３０℃时、加压６０ ＭＰａ条件下， 剂、降失水剂、缓凝剂等外加剂优选和配伍性能等项 ＨＮＪＳ１不同加量对水泥浆失水性能实验结果见表２。 研究，最终配制出适合高温深井的水泥浆体系。室 从中可看出，随着ＨＮＪＳ１降失水剂加量的不断增 内实验及现场应用证实，该高温深井水泥浆体系具 加，其水泥浆的失水量不断降低，当加量为水泥干重 有失水量低、流变性能好、稠化时间易调、水泥石强 的１．２ 时，失水小于５０ ｍＩ ，能较好地满足固井工 度发展快、抗压强度高等优点。 程的需要。 ｌ 室内实验及分析 表２ ＨＮＪＳ１的降失水性能 根据高温水泥浆体系性能的要求，对水泥外加 剂在不同加量下的性能进行了实验及评价，并对选 定的配方进行了综合性能实验。 １．１缓凝剂ＨＮＨＮ１的性能 取嘉华Ｇ级水泥８ ０ ０ ｇ，按要求配置水灰比 １．３减阻剂ＨＮＪＺ１的性能 ０．４４纯浆，在温度１３０℃时，加压６Ｏ ＭＰａ，ＨＮＨＮ１ 取嘉华Ｇ级水泥８ ０ Ｏ ｇ，按要求配置水灰比 不同加量对水泥浆稠化时间的影响实验结果见表 Ｏ．４４纯浆，在实验温度１３０℃时，ＨＮＪＺ１不同加量 １。 对水泥浆流变性能影响实验见表３。 表１ ＨＮＨＮ１对水泥浆稠化时间影响结果 表３ ＨＮＪＺ１减阻剂加量与水泥浆流变性关系 ）】口量， 初 过渡时间稠化时加 ２００／ １００／ Ｋ／ 初始稠 ｍｉｎ ｍｉｎ ３００／ 量， （ｒ．ｍｉｎ一 ）（ｒ．ｍｉｎ＇ ）（ｒ．ｍｉｎ一 ） “（Ｐａ．ｓｎ） ／ＢＣ ０．０Ｏ １Ｏ ７９ Ｏ １７３ １５８ １３５ ０．２３ ２ｌ＿６９ ２０．１８ Ｏ．Ｏ８ １５ １３４ ０．３ ９４ ８１ ７ｌ Ｏ．２６ ９．８ ９．６２ ０．１６ ２５ １６５ Ｏ．４ ４３ ３５ ２８ Ｏ．３９ １．９３ ５．７６ ０．２０ ２２ ２０２ ０．５ ４７ ４０ ２９ Ｏ．４４ ２．７２ ４．８５ ０．７０ ２５ ２６４ Ｏ．６ ２４ ｌ７ １１ ０．７０ ０．１８ ４．８５ ０．８ ２３ １７ １Ｏ ０．７６ ０．１１ ３．８４ 从中可以看出，优选的缓凝剂ＨＮＨＮ１对油井 １．Ｏ ２１ １５ ８ ０．８８ Ｏ．０５ ４．８５ 水泥有明显的缓凝效果，其缓凝剂加量为水泥干重 的０．０８％就可使水泥浆的稠化时间比原浆延长５５ 收稿日期：２００９—１２一Ｏ１；改回日期：２０１０～０３—０１ 作者简介：姜红波，Ｔ程师，１９７７年生，２０００年毕业于江汉石油 ａｒｉｎ，并且随着缓凝剂加量的增加，稠化时问呈线性 学院石油工程专业，在读硕士研究生，现从事油气田钻井方面的 增长，对水泥浆的稠化时间具有较好的可调性。 研究。 姜红波等．高温水泥浆体系的研制与应用 由表３可以看出：随着减阻剂加量增加，稠度系 各种成份共同作用的结果。 数Ｋ不断减小，水泥浆流性指数ｎ不断增大。 １．４．１高温水泥浆体系室内配方 ＨＮＪＺ１加量较小时，随着减阻剂含量的增加，Ｋ值 高温水泥浆配方组成：油井水泥＋石英砂３５ 迅速减小，在含量为０～０．４ 之间变化明显，含量 ＋降失水剂（ＨＮＪＳ１）５ ＋缓凝剂（ＨＮＨＮ１）１．６％ 超过０．４％以后，Ｋ值很低，含量到０．６ 时Ｋ值降 ＋减阻剂（ＨＮＪＺ１）０．４Ｖｏ＋消泡剂ＨＮＸＰ１适量。 低到０．１８。可见，该减阻剂对水泥浆有较好分散效 １．４．２高温水泥浆体系综合性能 果。 根据上述配方，通过室内实验，对水泥浆性能进 １．４室内配方及综合性能评价 行了综合评价，具体结果见表４和表５。实验中所 高温深井固井水泥浆是以油井水泥为基础，混 用水泥为嘉华Ｇ级高抗水泥，用量为６００ ｇ，水质为 掺大量外料和外加剂的水泥水基悬浮体，其性能为 自来水，水泥水灰比Ｏ．５４。 表４高温水泥浆体系的基本性能 ２ ＪＨＧＨ ３５ ５．０ １．１ Ｏ．３ １２０ ３４２ ４３ ２０．３ ３ ＪＨＧＨ ３５ ６．０ １．１ Ｏ．３ １３０ ３６８ ３９ １９．６ ４ ＪＨＧＨ ３５ ６．０ １．５ ０．３ １３０ ４１６ ３５ ２１．３ ５ ＪＨＧＨ ３５ ６．０ １．６ Ｏ．３ １４０ ３６５ ３２ ２１．１ 表５高温水泥浆体系综合性能 ２现场应用效果 泌深１井是河南油田重点探井，设计井深６ ０００ ｍ，三开￣，２４４．５ ｍｍ技术套管下深４ ５００ ｍ，要求封 固井段２ ９００￣４ ５００ ｍ，采用分级固井技术。该区 地温梯度大，在井深１ ８００ Ｉｎ处地温梯度为３．８℃／ １００ ｍ，在三开井底静止温度为１６０℃，循环温度为 １３０℃，因此，决定采用抗高温水泥浆施工。现场水 泥浆配方设计为：石英砂３３．３ ＋ＨＮＨＮ１：１．６ ９／５ ＋ＨＮＪＳ１：５．０ ＋ＨＮＪＺ１：０．４ ＋ＨＮＸＰ１适 从中可看出：该水泥浆体系具有综合性能优良， 量，其具体应用结果见表６。从中可看出，该水泥浆 所选用的外加剂配伍性好，水泥浆密度易调节，失水 体系适应高温环境，流变性好，失水低，零游离水，抗 易控制，游离液低，稠化时间可调，抗压强度高，能够 压强度发展迅速，水泥石性能稳定。该固井电测解 适用于高温环境条件下的高密度水泥浆固井。 释表明封固段质量合格。 表６水泥浆试验结果 ３ 结论 减阻剂ＨＮＪＺ１具有较好的配伍性能，适用于高温 环境下的固井施工作业。 （１）高温水泥浆具有良好的抗温性能，可抗 （３）高温水泥浆体系稳定，零自由水，流变性能 １６０￣Ｃ井底静止高温，水泥石强度发展快，可满足高 好，可满足不同井遇条件下对水泥浆流动性能的要 温深井固井需要。 求。 （２）优选的降失水剂ＨＮＪＳ１、缓凝剂ＨＮＨＮ１、 编辑：刘洪树
