KSK油田胶乳防窜水泥浆体系的研究与应用

苟 明

（中国石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮阳457001）

胶乳是一种直径在200～500 nm的乳化聚合物，它以聚合物球形颗粒分散在粘稠的胶体液中，为防止聚合物颗粒聚结而加入一定的表面活性剂［1］。硅酸盐水泥中加入胶乳即形成胶乳水泥体系，胶乳水泥是聚合物水泥的一种。

胶乳水泥浆体系具有三个特点：一是抗高温，利用胶乳的双键和网架结构以及与水泥中的Si、O、S形成氧桥、硫桥，聚结的高能量，使水泥浆具有抗高温性，满足深井固井施工的要求；二是稳定，利用表面活性剂形成胶束包裹－SiO3－Ca2＋，与胶乳粒子形成极性相斥，胶乳水泥浆呈分散和悬浮状态，增加了体系的稳定性；三是防气窜，因为胶乳具有直角胶凝、成膜、较好流变性和较低的渗透率等特点，使得水泥浆体系具有低失水、防窜性能，以达到保护油气层、提高深井固井质量的目的。

1 胶乳防窜水泥浆体系优选

胶乳水泥浆体系由聚合物丁苯胶乳LX600以及相配套的油井水泥外加剂组成。LX600为苯乙烯－丁二烯的乳液共聚物，具有抗高温、防气窜、降失水等性能，另外辅助加入非渗透防气窜降失水剂FLA，这大大提高了体系的抗高温、防气窜能力。针对KSK油田产层尾管固井特点，对LX600胶乳水泥浆体系进行了优化和室内实验评价，优选出了适合KSK油田的胶乳防窜水泥浆体系，典型的水泥浆配方为：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，其常规性能见表1，从中可知：LX600水泥浆体系具有良好的流动度和流变性能。

表1 水泥浆常规性能

2 LX600胶乳防窜水泥浆实验

2．1 浆体沉降稳定性实验

按API标准配置的胶乳水泥浆样品，在不同温度下养护20 min，静止1 h候后，分别测量浆体的上、中、下部的密度，以评价该体系水泥浆浆体的沉降稳定性，结果见表2，从中可知：LX600胶乳水泥浆体系在不同的温度下，养护后浆体上、中、下部密度差均≤0．01 g／cm3，浆体表现出良好的沉降稳定性。

表2 LX600胶乳水泥浆沉降实验结果

2．2 缓凝剂的加量变化对稠化时间的影响

通过改变体系中缓凝剂的加量测定稠化时间，评价其缓凝剂加量的线性关系，结果见表3。

表3 缓凝剂加量变化的稠化时间

通过改变缓凝剂的加量对稠化时间的测试结果可以看出：缓凝剂与稠化时间具有良好的线性关系，每增加0．1%的缓凝剂加量，稠化时间将增加50 min左右，这样便可根据实验条件调节稠化时间。

图1 LX600胶乳防窜水泥浆停机实验

2．3 停机对稠化时间及稠度的影响

水泥浆稠化时间温度升至96℃时，断电停机45 min，开机后水泥浆稠度未发生变化，水泥浆升至目标温度115℃恒温20 min后，停机25 min，开机后稠度无变化，这些均说明水泥浆体在停机状态下仍具很好的流动性；停机对胶乳水泥浆的稠度无影响（图1）。

2．4 高温高压强度实验

用高温高压养护釜对胶乳水泥浆体系进行水泥石强度测试，结果见表4。

表4 LX600水泥浆体系高温高压测试结果

结果分析：95℃时，LX600水泥石高压强度在18 MPa以上；在140℃时，高压强度可达到20 MPa以上。与常规水泥浆试块进行对比（图2），从中可看出胶乳水泥石比常规水泥石更均匀致密。对胶乳水泥浆进行超声波强度发展实验，在140℃高温条件下，水泥石没有出现强度衰退，可以满足固井工程的需要。

2．5 胶乳水泥浆体系防窜实验

图2 LX600胶乳水泥石140℃抗压强度试样

利用7150型气窜模拟分析仪进行胶乳水泥浆防窜性能室内实验，实验结果见图3。

图3 135℃ 胶乳水泥浆体系防气窜测试结果

随着水化作用的进行，水泥浆开始稠化并且浆体产生的液柱压力逐渐降低，当液柱压力小于地层压力时最容易发生气窜［2］。水泥浆液柱压力恰好等于地层压力时（即深蓝色曲线和浅蓝色曲线的交点处），如果此时没有收集到气窜量，表示该水泥浆具有较好的防气窜效果［3］。由气窜测试曲线可知，当水泥浆液柱压力降至地层压力时，采集到的气窜量为零，说明LX600胶乳水泥浆体系具有良好的防气窜性能。

3 现场应用

LX600胶乳水泥浆体系在KSK油田已完成了55口井的现场应用，固井质量均为优质，有效的封隔了油、气、水层，这说明胶乳防窜水泥浆体系在KSK油田具有良好的适应性，满足了生产的需要。以下是KSK油田F23井固井应用情况。

F2 3井 三 开 完 钻 井 深3 8 1 0 m，钻 井 液 密 度1．50 g／cm3，本次固井方式为φ177．8 mm尾管悬挂固井，悬挂器位置在1 432．53 m，该井为典型的长裸眼段、小间隙、多压力体系井。为此选用LX600胶乳防窜水泥浆体系。施工结束48小时后，根据电测解释结果，固井质量为优质。

4 结论

（1）胶乳具有的直角胶凝、成膜、较好流变性和较低渗透率特点，使得胶乳水泥浆体系具有过渡时间短、直角稠化、零自由水、低失水等性能，可以达到防止油气水窜，提高固井质量的目的。

（2）LX600胶乳水泥浆体系防气窜模拟实验结果表明，该体系具有良好的防窜功能，在KSK油田的成功应用表明，该体系能够有效解决固井中的油气水窜问题，提高水泥环与井壁和套管的胶结质量，具有很好的推广应用价值。

［1］严增涛，赵小龙，胡迈声．丁苯胶乳在油气田固井中的应用展望及粒子设计［J］．石化技术与应用，2001，19（5）：24－25．

［2］张轩，张明玉，聂世均，等．非渗透抗窜低密度水泥浆在Mynteke油田的应用［J］．石油地质与工程，2011，25（1）：118－122．

［3］姜红波，唐晓雷，刘来生，等．高温水泥浆体系的研究与应用［J］．石油地质与工程，2010，24（3）：114－116．