超高密度水泥浆技术研究和在官深1井的应用.pdf

超高密度水泥浆技术研究及在官深1 井的应用 周仕明 王其春 丁士东 摘要：超高密度水泥浆主要存在四方面技术难点，即水与加重剂的密度差太大，导致加重剂 的加量过大，但同时要保证足够量的水泥来提供胶结，否则水泥综合性能难以保证；颗粒分 布不易达到紧密堆积状态，加重效率低；稳定性差，稠和稀之间不易调整；现场混配条件难 以与室内实验匹配。这些难点造成超高密度水泥浆施工的难度非常高，层间采用二次加重技 术也难以达到满意的效果。中国石化工程技术研究院通过合理调配加重剂和加重颗粒的粒度 优化，使水泥浆可泵性和稳定性之间得到协调统一，开发出了密度 2.6-3.0g/cm3 的超高密 度水泥浆，通过地面试验实现了一次常规连续混配超高密度水泥浆，并在官深 1 井 273.1mm 3 3 技术尾管固井成功应用，入井平均密度 2.78 g/cm ，最高密度 2.82 g/cm ，创造了水泥浆 入井密度新的世界纪录，并成功封隔该井嘉陵江组超高压盐水层，后续作业钻井液密度成功 由 2.77 g/cm3 降至 2.0 g/cm3 ，井内稳定。 主题词：超高密度 水泥浆 加重剂 颗粒材料 官深 1 井 一、引言 国内钻遇超高压地层时往往缺乏应对措施，多数放弃继续钻进。例如贵州赤水地区官渡 构造石炭系茅口组一直是受关注含气层位，但是该地区多次钻探尝试都未能钻达目的层，主 要的瓶颈就是嘉陵江组的超高压气层或盐水层不能克服，该层地层压力达 2.7 以上，压稳极 【1】 为困难，尤其是固井时缺乏超高密度水泥浆。上世纪 90 年代在该构造的官 3 井 钻进至 3808m 遇高压气层,采用密度 2.87～2.92 g/cm3 的超重钻井液压井成功但无法进行常规固井 完井作业，只能封井。缺乏超高密度水泥浆技术是造成这一瓶颈的主要原因，国内研究人员 也从水泥浆设计到施工设备改进等方面开展了多次尝试。如为了实现 2.65g/cm3 超高密度水 【2】 泥浆现场配置,新疆油田专门研制了喷射式二次加重配浆罐 。该装置装有双层搅拌叶分层 进行搅拌,在罐底四周安装 10 余个不同方向的高压喷嘴,可实现边配浆边循环，在霍 10 和安 3 3 4 井分别达到了 2.61g/cm 和 2.62g/cm 的入井密度。但面对更高的地层压力还是缺乏办法， 【3】 3 2005 年官 7井钻遇超高压层 ，压井液密度达到 2.64g/cm ，但由于缺乏超高密度水泥浆， 不得不封井。超高度水泥浆从设计到现场施工面临一系列的难题，主要包括：水与加重剂的 密度差太大，导致加重剂的加量过大，但同时要保证足够量的水泥来提供胶结，水泥浆悬浮 稳定性和其它性能难以保证；颗粒分布不易达到紧密堆积状态，加重效率低；稳定性差，稠 和稀之间不易调整；现场混配条件难以与室内实验匹配。中国石化工程技术研究院通过合理 调配加重剂和加重颗粒的粒度优化，使水泥浆可泵性和稳定性之间得到协调统一，开发出了 密度 2.6-3.0g/cm3 的超高密度水泥浆，并实现了常规工艺连续混配超高密度水泥浆。 二、超高密度水泥浆设计 1.采用球形化颗粒材料提高水泥浆流动性【4】【5】 大多数水泥外掺料通过磨细得来，颗粒形状多呈不规则形状，颗粒形状对颗粒的粉体性 状影响很大，如接触角、摩擦角等，这些性能决定了外掺料与水泥的掺混能力，水泥浆的稳 定性和流动性。理论上高密度和低密度水泥浆所用的加重剂和减轻剂的颗粒越小越好，但通 过研磨和撞击得来的超细颗粒呈不规则形状，有大量的边角，比表面积过大，这容易造成颗 粒聚集，颗粒间的摩擦力大。在加量增大的情况下，容易引起浆体增稠，浆体流动性差。还 会造成对水泥添加剂的不均匀吸附，导致水泥浆性能下降，甚至产生敏感性。如微