【正文】 60200240280320360400Temperature (176。測(cè)量水泥石的彈性模量時(shí)，將配制好的加有 GSJ 降失水劑的外加劑的水泥漿與 G 級(jí)水泥凈漿注入試模中（試模尺寸 4040160mm） ，置于 75℃條件下養(yǎng)護(hù)。然后分別測(cè)試其 48 小時(shí)的抗折強(qiáng)度和抗沖擊韌性。改善固井水泥環(huán)塑性的基本思路是：在水泥漿中加入能明顯改善水泥石塑性的外加劑，以它為核心研究適合不同井況的水泥漿體系配方的組成、工程性能及力學(xué)特性，為固井施工水泥漿設(shè)計(jì)提供依據(jù)。同時(shí)能夠在水泥漿中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，改變了水泥石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加了水泥石的密實(shí)性，從而減弱進(jìn)入水泥漿體系的氣體，增加其運(yùn)移阻力；同時(shí)高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，使其抗沖擊韌性加強(qiáng)，降低了水泥石的彈性模量；由于其主要為復(fù)配材料組成，所以形成水泥漿體穩(wěn)定性好，具有一定的微膨脹性，對(duì)漿體流變性影響小，漿體流動(dòng)性好，有利于提高注水泥頂替效率，具有較高的防氣竄、氣侵能力，同時(shí)解決了水泥漿低失水與短候凝、水泥漿流變性相互影響關(guān)系。表 28 膨脹劑加量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響類型 加量 自由水嘉華 G 原漿 原漿+GP 1 0類型 加量 自由水原漿+GP 1 0 +GP 2 0 0原漿+GP 3 0 0 0原漿+GFC 0⑤結(jié)論A “晶體”膨脹劑加量一般為 1%～3%，可使水泥石凈線性膨脹率大于 4%。表 27 膨脹劑對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響類型 加量 抗壓強(qiáng)度嘉華 G 原漿 +GP 1 +GP 2 +GP 3 +GFC ④ 膨脹劑對(duì)水泥漿初始稠度及自由水的影響：試驗(yàn)證明，摻有膨脹劑的水泥漿略有增稠現(xiàn)象，其流動(dòng)度也相應(yīng)減小，但初始稠度可控制在 20Bc 以內(nèi)。表 26 油井水泥膨脹劑加量對(duì)水泥膨脹性能的影響類型 加量 膨脹率 凈膨脹率嘉華 G 原漿 原漿+GP1 +8 / 38 + + + + ++GP2 + + ++GP3 + + + ++GFC + +1 2 3 膨 脹 劑 加 量 %凈線性膨脹率% GP1GP2GP3GFC圖 23 膨脹劑加量與凈線性膨脹率的關(guān)系② 時(shí)間對(duì)膨脹率的影響：為了測(cè)定時(shí)間對(duì)膨脹劑膨脹率的影響，使用自行研制的水泥體積膨脹率試驗(yàn)裝置。試驗(yàn)結(jié)果表明，在合適的加量范圍內(nèi)，摻有 GPGPGPGFC 的水泥漿與同條件下的原漿相比，具有良好的膨脹效果，有效補(bǔ)償了水泥漿凝固后的“化學(xué)收縮” 。12 23 45 ② 微硅粉是在冶煉硅鐵合金或工業(yè)硅時(shí)，通過(guò)煙道排出的硅蒸汽氧化后，經(jīng)特別設(shè)計(jì)的收塵器收集得到的無(wú)定形、粉末狀的二氧化硅（SiO 2） 。質(zhì)量要求：A 玻璃質(zhì)純潔，透明度好，顏色淺。 防漏固井水泥漿體系研究(1)復(fù)合減輕材料的化學(xué)成分研究復(fù)合減輕材料是由膨脹珍珠巖、微粒硅、有機(jī)材料和無(wú)機(jī)填充材料復(fù)制而成，外觀為灰色固體粉末。 水泥漿體系 水平井固井對(duì)水泥漿體系的要求(1)井斜段、水平段因重力作用水泥顆粒下降，井眼頂部自由水析出形成橫向通道，形成竄流；固相顆粒沉降導(dǎo)致上部水泥膠結(jié)疏松，強(qiáng)度下降，導(dǎo)致封固失敗。(1)前置液基本性能沖洗液 CXY 化學(xué)成份由表面活性劑、纖維素、無(wú)機(jī)鹽按一定比例和特定工藝制成的混合物，CXY 沖洗液性能如下：前置液：清水+5%CXY 性能：ρ:(60℃) T Y:(60℃)前置液中的表面活性劑，改善泥漿與水泥漿的相容性，提高水泥石與套管及井壁的膠結(jié)質(zhì)量。見(jiàn)圖 21，22。水平井固井設(shè)計(jì)變更：原設(shè)計(jì)采用三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)層固井（水平井段）采用尾管懸掛固井技術(shù)，然后再采用套管回接固井技術(shù)完成非目的層的固井施工。8）阻流環(huán)（回壓凡爾）易密封失靈，水平段留長(zhǎng)塞，常規(guī)國(guó)產(chǎn)膠塞在長(zhǎng)水平段磨損易導(dǎo)致水泥漿后竄形成較長(zhǎng)半塞。2）水平段、斜井段套管居中困難，套管易貼井壁。微膨脹強(qiáng)韌性防竄水泥漿中石化研究院（濕混）其效果優(yōu)于長(zhǎng)慶所（干混）3 水平段套管固井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 2022 年 12 月2022年 1 月 在鄂南工區(qū)完成水平井固井 5 口；鄂北工區(qū)完成水平井固井 2 口。 項(xiàng)目進(jìn)展情況合同（任務(wù)書(shū)）約定序號(hào) 研究?jī)?nèi)容及指標(biāo) 時(shí)間安排 實(shí)物工作量完成情況指 標(biāo)完成情況1油氣田儲(chǔ)層特性；水平井固井技術(shù)難點(diǎn)分析；設(shè)計(jì)優(yōu)化2022 年 68 月對(duì)鄂北、鄂南的地質(zhì)狀況進(jìn)行整理，通過(guò)查閱資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研了解國(guó)內(nèi)水平井固井技術(shù)和工藝方法，分析鄂爾多斯區(qū)塊水平井固井的難點(diǎn)，依據(jù)后期開(kāi)采方案要求優(yōu)化固井設(shè)計(jì)。（4）現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程控制研究①注漿排量與施工壓力的控制。③優(yōu)化管柱結(jié)構(gòu)，對(duì)水平段套管下入長(zhǎng)度可行性分析。②后置液體系研究。 主要研究?jī)?nèi)容（1）油氣田儲(chǔ)層特性及水平井固井技術(shù)難點(diǎn)①進(jìn)一步認(rèn)識(shí)紅河油田和大牛地氣田儲(chǔ)層特性。三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)二開(kāi)技套固井水平段裸眼或篩管完井固井工藝應(yīng)用成熟，固井優(yōu)良率 100%；簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)井 A 點(diǎn)以上套管封固水平段裸眼完井工藝，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 7 口井，4 口井固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)，3 口井出現(xiàn)非封固質(zhì)量問(wèn)題（NP15 井套管未下到設(shè)計(jì)位置， NP11 井、NP13 井目的層有水泥） ；水平段套管固井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 7 口井（鄂南 5 口、鄂北 2 口） ，2口優(yōu)質(zhì)（JH2PJH32P4）,2 口水平段封固質(zhì)量不理想（JH32PJH32P1） 。2022 年 6 月2022 年 2 月，按照研究工作計(jì)劃，完成了水平井固井所需工具、附件的可靠性調(diào)研和優(yōu)選,針對(duì)水平井段固井對(duì)水泥漿部分性能的特殊要求進(jìn)行了水泥漿配方優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，緊密結(jié)合三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)二開(kāi)技套固井水平段裸眼或篩管、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)井A 點(diǎn)以上套管封固水平段裸眼和水平段套管固井三種完井工藝，從井眼準(zhǔn)備、管串結(jié)構(gòu)、扶正器安放，漿體結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制等方面進(jìn)行了探索研究，并分別在鄂南和鄂北工區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，為提高固井質(zhì)量發(fā)揮了較好的作用。提高水平井技術(shù)套管固井質(zhì)量，確保水平段尾管固井質(zhì)量，為鄂爾多斯盆地油氣田長(zhǎng)期有效開(kāi)發(fā)提供有力的技術(shù)支撐。（2）水泥漿體系研究①前置液體系研究。（3）水平井固井工藝技術(shù)研究①井眼準(zhǔn)備工藝技術(shù)優(yōu)化2 / 38②特殊固井工具附件優(yōu)選（尾管懸掛器、滾輪扶正器、浮箍、引鞋等） 。⑥尾管注水泥工藝研究（井眼準(zhǔn)備、下套管與座掛、泵注壓力與排量控制、頂替效率等） 。 預(yù)期成果（1）優(yōu)選出高強(qiáng)低密度水泥漿體系配方；（2）優(yōu)選出微膨脹強(qiáng)韌性防竄水泥漿體系配方；（3）提交鄂爾多斯水平井固井工藝技術(shù)研究成果報(bào)告。經(jīng)過(guò)調(diào)研分析，選擇了長(zhǎng)慶固井所研制的剛性滾珠螺旋扶正器（樹(shù)脂）、旋轉(zhuǎn)引鞋、套管關(guān)閉閥、加長(zhǎng)和進(jìn)口膠塞。如果井眼準(zhǔn)備不充分，很有可能發(fā)生卡套管事故。5）水平段環(huán)空間隙小，易形成沙床，導(dǎo)致固井施工壓力高或者環(huán)空憋堵，6）解決提高頂替效率和固井防漏所產(chǎn)生的矛盾；7）井斜段、水平段因重力作用水泥顆粒下降，井眼頂部自由水析出形成橫向通道，形成竄流；固相顆粒沉降導(dǎo)致上部水泥膠結(jié)疏松，強(qiáng)度下降，導(dǎo)致封固失敗。 優(yōu)化固井設(shè)計(jì)方案2022 年 6 月8 月，主要對(duì)鄂南和鄂北的《鉆井工程設(shè)計(jì)》進(jìn)行了詳細(xì)的查閱，結(jié)合鄂爾多斯盆地不同區(qū)塊的地質(zhì)特點(diǎn)，分析了該地區(qū)水平井固井施工的難點(diǎn)，以國(guó)內(nèi)先進(jìn)的固井工藝方法為指導(dǎo)，優(yōu)化固井施工設(shè)計(jì)。由于以上原因，我們通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研在鄂南油井固井中選擇了長(zhǎng)慶固井研制的浮鞋（旋轉(zhuǎn)引鞋） 、浮箍 、加長(zhǎng)膠塞 、關(guān)井閥、樹(shù)脂旋流（滾珠）扶正器等特殊工具、附件；鄂北固井選用的是江蘇常熟生產(chǎn)的普通浮鞋、浮箍 、膠塞和扶正器。該沖洗液易于溶解鉆井液形成的泥皮，有利于5 / 38對(duì)井壁泥皮進(jìn)行有效沖刷從而提高二界面的膠結(jié)質(zhì)量。根據(jù)流變性計(jì)算，施工排量在 15～221/s 或環(huán)空返速達(dá) ～；實(shí)驗(yàn)表明接觸時(shí)間在3min 以上洗油效率達(dá) 100%，理論計(jì)算沖洗液量為 ～ m3，前置液設(shè)計(jì)注入量≥6m 3，從而提高水泥石與套管及井壁的膠結(jié)質(zhì)量。因此水平井水泥漿失水控制嚴(yán)格，要求小于 50ml。膨脹倍數(shù)：k0515 倍,容重：80kg/m 3200 kg/ m3， 莫氏硬度：，密度（比重）：，耐火度：13001380℃，折光率：。D 化學(xué)成分：表 23 膨脹珍珠巖的化學(xué)成份 礦 石 類 型 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO K2O Na2O MgO H2O珍 珠 巖 6874 177。表 24 微硅粉組成化學(xué)性能 指標(biāo) 物理性能 指標(biāo)SiO2 ≥85%CL ≤%比表面積 ≥15000m 2/kg7 / 38燒矢量 ≤6% 含水率 ≤3%(2)復(fù)合減輕材料的配伍性試驗(yàn)研究表 25 復(fù)合材料的配伍性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表輕質(zhì)材料 外加劑實(shí)驗(yàn)條件℃/MPa 水泥%輕珠%GSJ%GQD%水灰比 密度g/cm3 析水 ml強(qiáng)度1d/2dMPaT30/T100min初稠Bc50/25 65 35 2 2 50/25 70 30 2 70/30 60 40 2 70/30 70 30 1 2 70/30 70 30 2 1 70/30 70 30 2 1 50/25 80 20 2 0 50/25 80 20 2 0 70/30 85 15 2 0 70/30 85 15 2 0 50/25 90 10 2 0 50/25 90 10 2 0 50/25 90 10 2 0 70/30 90 10 2 0 70/30 90 10 2 2 0 70/30 95 5 2 0 通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以體現(xiàn)出該體系具有以下特點(diǎn)：（1）該體系密度調(diào)配范圍大，可實(shí)現(xiàn) g/cm3范圍內(nèi)的調(diào)控；（2）該體系施工性能優(yōu)良，初始稠度低，流變性優(yōu)良，過(guò)度時(shí)間短，析水量較低；（3）該體系成本低，在 g/cm3內(nèi)的漿體成本比漂珠體系可降低 25%左右；（4）該體系具有一定的可膨脹性，對(duì)防止漏失具有一定的效果； 微膨脹防竄水泥漿體系研究(1) 膨脹劑評(píng)價(jià)① 加量對(duì)膨脹率的影響：利用水泥膨脹試驗(yàn)儀器測(cè)定“晶體”膨脹劑的線性膨脹率。膨脹劑加量在 %以內(nèi)時(shí)，GFC 膨脹效果要好于 GPGPGP3。9 / 3820240 100 200 300 400 500時(shí) 間 （ min）膨脹率%1%GFC2%GFC3%GFC凈 漿圖 24“晶體”膨脹劑的膨脹率與時(shí)間的關(guān)系注：配方 G 級(jí)水泥+1%GFC+44%水；配方 G 級(jí)水泥+2%GFC+44% 水；配方 G 級(jí)水泥+3%GFC +44%水；配方 G 級(jí)水泥+44%水③ 膨脹劑對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響：膨脹劑對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 ，由表 可知 GPGPGPGFC能大幅度提高水泥石的抗壓強(qiáng)度，常壓 70℃/24h 強(qiáng)度大于 21MPa，與同條件下的原漿相比，其強(qiáng)度值可提高 15%以上，甚至高達(dá) 70%。這說(shuō)明膨脹劑能有效降低水泥漿自由水含量，有助于改善水泥漿的沉降穩(wěn)定性能，在水平井和大斜度井有著廣泛的應(yīng)用前景。(2) 降失水劑 GSJ 評(píng)價(jià)通過(guò)高分子化合物與水泥相容性實(shí)驗(yàn)、分析及微觀結(jié)構(gòu)對(duì)比，進(jìn)行了室內(nèi)高分子改性反應(yīng)，引入與水泥漿相容性好的金屬離子，使得高分子材料在堿性條件下，通過(guò)引發(fā)劑作用，產(chǎn)生交聯(lián)，形成致密的分子膜，降低水泥漿的 API 濾失量。12 / 380:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00Time (HH:MM)020406080100120140160180200Temperature (癈)020406080100120140160180200Pressure (MPa)0102030405060708090100Consistency (Bc)圖 25 低密度 GSJ 防氣侵水泥漿體系稠化曲線(G 級(jí)水泥:飄珠=85 ：15 GSJ 2% %)0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30Time (HH:MM)020406080100120140160180200Temperature (癈)020406080100120140160180200Pressure (MPa)0102030405060708090100Consistency (Bc)圖 26 高密度 GSJ 防氣侵水泥漿稠化曲線（G 級(jí)水泥＋%+GSJ 2% ＋GH2 %＋USZ %）表 211 微膨脹防竄水泥漿體系性能評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)表抗 壓 強(qiáng) 度（ Mpa）溫 度(℃ )GSJ(%)GH2(%)GFC(%)密 度g/cm3初 始 稠 度(BC)稠 化 時(shí) 間(min)析 水(ml)失 水(ml)24h 48h13 / 38 0 13 1