茍 明

（中國(guó)石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮陽(yáng)457001）

膠乳是一種直徑在200～500 nm的乳化聚合物，它以聚合物球形顆粒分散在粘稠的膠體液中，為防止聚合物顆粒聚結(jié)而加入一定的表面活性劑［1］。硅酸鹽水泥中加入膠乳即形成膠乳水泥體系，膠乳水泥是聚合物水泥的一種。

膠乳水泥漿體系具有三個(gè)特點(diǎn)：一是抗高溫，利用膠乳的雙鍵和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以及與水泥中的Si、O、S形成氧橋、硫橋，聚結(jié)的高能量，使水泥漿具有抗高溫性，滿足深井固井施工的要求；二是穩(wěn)定，利用表面活性劑形成膠束包裹－SiO3－Ca2＋，與膠乳粒子形成極性相斥，膠乳水泥漿呈分散和懸浮狀態(tài)，增加了體系的穩(wěn)定性；三是防氣竄，因?yàn)槟z乳具有直角膠凝、成膜、較好流變性和較低的滲透率等特點(diǎn)，使得水泥漿體系具有低失水、防竄性能，以達(dá)到保護(hù)油氣層、提高深井固井質(zhì)量的目的。

1 膠乳防竄水泥漿體系優(yōu)選

膠乳水泥漿體系由聚合物丁苯膠乳L(zhǎng)X600以及相配套的油井水泥外加劑組成。LX600為苯乙烯－丁二烯的乳液共聚物，具有抗高溫、防氣竄、降失水等性能，另外輔助加入非滲透防氣竄降失水劑FLA，這大大提高了體系的抗高溫、防氣竄能力。針對(duì)KSK油田產(chǎn)層尾管固井特點(diǎn)，對(duì)LX600膠乳水泥漿體系進(jìn)行了優(yōu)化和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，優(yōu)選出了適合KSK油田的膠乳防竄水泥漿體系，典型的水泥漿配方為：G＋35%硅粉＋20%HCR＋3%WG＋9%LX600＋3%FLA＋1．2%LXS－2＋2．5%DS－1＋0．8%LXS－3＋0．7%RT－2＋0．8%DF－1＋40%水，其常規(guī)性能見(jiàn)表1，從中可知：LX600水泥漿體系具有良好的流動(dòng)度和流變性能。

表1 水泥漿常規(guī)性能

2 LX600膠乳防竄水泥漿實(shí)驗(yàn)

2．1 漿體沉降穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

按API標(biāo)準(zhǔn)配置的膠乳水泥漿樣品，在不同溫度下養(yǎng)護(hù)20 min，靜止1 h候后，分別測(cè)量漿體的上、中、下部的密度，以評(píng)價(jià)該體系水泥漿漿體的沉降穩(wěn)定性，結(jié)果見(jiàn)表2，從中可知：LX600膠乳水泥漿體系在不同的溫度下，養(yǎng)護(hù)后漿體上、中、下部密度差均≤0．01 g／cm3，漿體表現(xiàn)出良好的沉降穩(wěn)定性。

表2 LX600膠乳水泥漿沉降實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2．2 緩凝劑的加量變化對(duì)稠化時(shí)間的影響

通過(guò)改變體系中緩凝劑的加量測(cè)定稠化時(shí)間，評(píng)價(jià)其緩凝劑加量的線性關(guān)系，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 緩凝劑加量變化的稠化時(shí)間

通過(guò)改變緩凝劑的加量對(duì)稠化時(shí)間的測(cè)試結(jié)果可以看出：緩凝劑與稠化時(shí)間具有良好的線性關(guān)系，每增加0．1%的緩凝劑加量，稠化時(shí)間將增加50 min左右，這樣便可根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件調(diào)節(jié)稠化時(shí)間。

圖1 LX600膠乳防竄水泥漿停機(jī)實(shí)驗(yàn)

2．3 停機(jī)對(duì)稠化時(shí)間及稠度的影響

水泥漿稠化時(shí)間溫度升至96℃時(shí)，斷電停機(jī)45 min，開(kāi)機(jī)后水泥漿稠度未發(fā)生變化，水泥漿升至目標(biāo)溫度115℃恒溫20 min后，停機(jī)25 min，開(kāi)機(jī)后稠度無(wú)變化，這些均說(shuō)明水泥漿體在停機(jī)狀態(tài)下仍具很好的流動(dòng)性；停機(jī)對(duì)膠乳水泥漿的稠度無(wú)影響（圖1）。

2．4 高溫高壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)

用高溫高壓養(yǎng)護(hù)釜對(duì)膠乳水泥漿體系進(jìn)行水泥石強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 LX600水泥漿體系高溫高壓測(cè)試結(jié)果

結(jié)果分析：95℃時(shí)，LX600水泥石高壓強(qiáng)度在18 MPa以上；在140℃時(shí)，高壓強(qiáng)度可達(dá)到20 MPa以上。與常規(guī)水泥漿試塊進(jìn)行對(duì)比（圖2），從中可看出膠乳水泥石比常規(guī)水泥石更均勻致密。對(duì)膠乳水泥漿進(jìn)行超聲波強(qiáng)度發(fā)展實(shí)驗(yàn)，在140℃高溫條件下，水泥石沒(méi)有出現(xiàn)強(qiáng)度衰退，可以滿足固井工程的需要。

2．5 膠乳水泥漿體系防竄實(shí)驗(yàn)

圖2 LX600膠乳水泥石140℃抗壓強(qiáng)度試樣

利用7150型氣竄模擬分析儀進(jìn)行膠乳水泥漿防竄性能室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 135℃ 膠乳水泥漿體系防氣竄測(cè)試結(jié)果

隨著水化作用的進(jìn)行，水泥漿開(kāi)始稠化并且漿體產(chǎn)生的液柱壓力逐漸降低，當(dāng)液柱壓力小于地層壓力時(shí)最容易發(fā)生氣竄［2］。水泥漿液柱壓力恰好等于地層壓力時(shí)（即深藍(lán)色曲線和淺藍(lán)色曲線的交點(diǎn)處），如果此時(shí)沒(méi)有收集到氣竄量，表示該水泥漿具有較好的防氣竄效果［3］。由氣竄測(cè)試曲線可知，當(dāng)水泥漿液柱壓力降至地層壓力時(shí)，采集到的氣竄量為零，說(shuō)明LX600膠乳水泥漿體系具有良好的防氣竄性能。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

LX600膠乳水泥漿體系在KSK油田已完成了55口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，固井質(zhì)量均為優(yōu)質(zhì)，有效的封隔了油、氣、水層，這說(shuō)明膠乳防竄水泥漿體系在KSK油田具有良好的適應(yīng)性，滿足了生產(chǎn)的需要。以下是KSK油田F23井固井應(yīng)用情況。

F2 3井 三 開(kāi) 完 鉆 井 深3 8 1 0 m，鉆 井 液 密 度1．50 g／cm3，本次固井方式為φ177．8 mm尾管懸掛固井，懸掛器位置在1 432．53 m，該井為典型的長(zhǎng)裸眼段、小間隙、多壓力體系井。為此選用LX600膠乳防竄水泥漿體系。施工結(jié)束48小時(shí)后，根據(jù)電測(cè)解釋結(jié)果，固井質(zhì)量為優(yōu)質(zhì)。

4 結(jié)論

（1）膠乳具有的直角膠凝、成膜、較好流變性和較低滲透率特點(diǎn)，使得膠乳水泥漿體系具有過(guò)渡時(shí)間短、直角稠化、零自由水、低失水等性能，可以達(dá)到防止油氣水竄，提高固井質(zhì)量的目的。

（2）LX600膠乳水泥漿體系防氣竄模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該體系具有良好的防竄功能，在KSK油田的成功應(yīng)用表明，該體系能夠有效解決固井中的油氣水竄問(wèn)題，提高水泥環(huán)與井壁和套管的膠結(jié)質(zhì)量，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

［1］嚴(yán)增濤，趙小龍，胡邁聲．丁苯膠乳在油氣田固井中的應(yīng)用展望及粒子設(shè)計(jì)［J］．石化技術(shù)與應(yīng)用，2001，19（5）：24－25．

［2］張軒，張明玉，聶世均，等．非滲透抗竄低密度水泥漿在Mynteke油田的應(yīng)用［J］．石油地質(zhì)與工程，2011，25（1）：118－122．

［3］姜紅波，唐曉雷，劉來(lái)生，等．高溫水泥漿體系的研究與應(yīng)用［J］．石油地質(zhì)與工程，2010，24（3）：114－116．