新型防气窜剂DA34L的室内评价及现场应用

李望军 周成裕 廖易波 廖清清

(1.中海油田服务股份有限公司油田化学事业部，广东 深圳 518054;2.重庆科技学院化学化工学院，重庆 401331;3.中石油川庆钻井液技术服务公司，成都 610051)

固井后的环空气窜是一种有害现象，是指注水泥工序结束后，在水泥浆由液态转化为固态的过程中，由于胶凝失重或窜槽等原因造成胶结质量差，气层气体窜入水泥石基体，或进入水泥与套管，或进入水泥与井壁之间的间隙中而引起层间互窜甚至窜入井口［1-4］。

发生环空气窜的主要危害是:直接影响水泥石胶结强度［5］;导致层间窜流，直接影响油气层的测试评价，污染油气层，降低油气采收率;对油田开发后续作业如酸化压裂和分层开采等造成不利影响;严重时可在井口冒油，甚至造成井喷事故，即使采用挤水泥等补救工艺也很难解决。为了避免气窜现象的发生，开发研制一种专门用于缩短水泥浆静胶凝强度过渡时间、基本具备直角稠化性能的新型防气窜剂DA34L。

1 防气窜剂DA34L的性能及特点

DA34L是一种乳白色的液体添加剂，密度为1.40 g/cm3，加量为 0.5% ～6%，适用温度为 0 ～160℃。DA34L能明显缩短水泥浆静胶凝强度过渡时间，显著提高水泥石的早期强度及最终强度，改善水泥浆的失水、自由液现象，优化稠化过渡时间，基本具备直角稠化性能。

2 防气窜剂DA34L的室内应用评价

2.1 水泥浆的组成及性能

模拟南海番禺区块高温高压井况，采用嘉华G级水泥，井底循环温度为128℃，井底压力为94 MPa，进行室内模拟与评价。

1#水泥浆配方:100g水泥 +35%C81+41.09g水 +1%F41L+4%G80L+10%GR1+1.5%B10+1.2%H40L+0%DA34L。

2#水泥浆配方:100g水泥 +35%C81+40.69g水 +1%F41L+4%G80L+10%GR1+1.5%B10+1.2%H40L+1%DA34L。

1#、2#水泥浆性能如表1所示。

表1 水泥浆性能

从表1可以看出，当1#水泥浆中加入1%的新型防气窜剂DA34L之后，2#水泥浆的失水和自由液情况均得到了改善，水泥石的24 h抗压强度提高了16.8%。这说明新型防气窜剂DA34L与该水泥浆体系具有良好的配伍性。

2.2 水泥浆稠化时间对比

模拟南海番禺区块高温高压井况，采用嘉华G级水泥，井底循环温度为128℃，井底压力为94 MPa，进行稠化试验。1#、2#水泥浆稠化曲线分别如图1、图2所示。

通过图1和图2可以得出，1#水泥浆的稠化时间为251 min，泵送时间为241 min，稠化过渡时间为10 min;2#水泥浆的稠化时间为210 min，泵送时间为208 min，稠化过渡时间为2 min。相比1#水泥浆，2#水泥浆更加突出直角稠化性能。具有直角稠化性能的水泥浆，减少了水泥浆顶替到位后，发生环空气窜的可能性。

2.3 水泥浆静胶凝强度过渡时间对比

模拟南海番禺区块高温高压井况，采用嘉华G级水泥，井底静止温度为154℃，进行超声波静胶凝强度分析(UCA)试验。1#、2#水泥浆UCA曲线分别如图3和图4所示。

图1 1#水泥浆稠化曲线

图2 2#水泥浆稠化曲线

图3 1#水泥浆UCA曲线

图4 2#水泥浆UCA曲线

由图3和图4可以看出，从开始至1#水泥浆发生稠化用时371 min，静胶凝强度达到48 Pa用时186 min，静胶凝强度达到240 Pa用时242 min，静胶凝过渡时间为56 min，24 h UCA强度为19 MPa;至2#水泥浆发生稠化用时186 min，静胶凝强度达到48 Pa用时129 min，静胶凝强度达到240 Pa用时152 min，静胶凝过渡时间为23 min，24 h UCA强度为23.66 MPa。相比1#水泥浆，2#水泥浆稠化的时间明显提前，静胶凝过渡时间从56 min缩短到了23 min，且UCA最终强度提高了25.1%。静胶凝过渡时间缩短，大大降低了注水泥结束后由于胶凝失重发生气窜的可能性。

2.4 DA34L的稠化时间可调性

当1#水泥浆中加入1%新型防气窜剂DA34L之后，2#水泥浆稠化用时210 min，比1#水泥浆稠化时间缩短了41 min。通过调节缓凝剂H40L的加量，模拟南海番禺区块高温高压井况，采用嘉华G级水泥，井底循环温度为128℃，井底压力为94 MPa，进行室内模拟与评价。水泥浆配方如下:

3#水泥浆配方:100 g水泥+35%C81+41.09 g水 +1%F41L+4%G80L+10%GR1+1.5%B10+1.5%H40L+1%DA34L。

4#水泥浆配方:100 g水泥+35%C81+40.69 g水 +1%F41L+4%G80L+10%GR1+1.5%B10+2.0%H40L+1%DA34L。

3#、4#水泥浆稠化曲线如图5和图6所示。

由图5和图6可以看出，3#水泥浆的稠化时间为224 min，4#水泥浆的稠化时间为243 min，随着高温缓凝剂H40L加量的逐渐增大，水泥浆的稠化时间相应延长。这说明加入新型防气窜剂DA34L后的水泥浆稠化时间线性可调。

图5 3#水泥浆稠化曲线

图6 4#水泥浆稠化曲线

此外，3#水泥浆的稠化过渡时间为1 min，4#水泥浆的稠化过渡时间为1 min。相比1#水泥浆，加入1%新型防气窜剂DA34L之后的2#、3#、4#水泥浆更具近似直角稠化性能。

3 防气窜水泥浆现场应用

加入新型防气窜剂DA34L后的防气窜水泥浆已经多次应用于南海番禺区块高温高压井段，在9-5/8″套管固井中，根据防气窜水泥浆的稠化时间以及超声波静胶凝强度发展趋势，在固井结束12 h后倒开送入工具，即探得水泥塞面;而未加新型防气窜剂DA34L的普通水泥浆，在固井结束24 h后才能探得水泥塞面。加入新型防气窜剂DA34L后的防气窜水泥浆明显缩短了固井候凝时间，节约了钻井生产成本。加入新型防气窜剂DA34L后的防气窜水泥浆，7次现场测固井中有6次固井质量优秀，1次固井质量良好。

4 结语

为了避免气窜现象，改善防气窜的性能，开发研制出新型防气窜剂DA34L。该新型防气氧剂具有以下优势:

(1)DA34L是一种乳白色的液体添加剂，密度为1.40 g/cm3，能明显缩短水泥浆静胶凝强度过渡时间，显著提高水泥浆的开始强度及最终强度。

(2)DA34L能改善水泥浆的失水、自由液现象，优化稠化过渡时间，具有近似直角稠化性能。

(3)加入DA34L后的防气窜水泥浆，可近似直角稠化，静胶凝强度过渡时间短，缩短了水泥浆候凝时间，提高了钻进速度，节约了钻井成本。

［1］刘崇建，黄柏宗.油气井注水泥理论与应用［M］.北京:石油工业出版社，2001:61-72.

［2］刘崇建，张玉隆译.国外油井注水泥技术［M］.成都:四川科学技术出版社，1992:24-32.

［3］焦勇.水泥气侵的根源及现行解决方法的评析［J］.钻采工艺，2000(3):19-25.

［4］刘大为.现代固井技术［M］.北京:石油工业出版社，1994:12-18.

［5］朱海金，屈建省，刘爱萍，等.水泥浆防气窜性能评价新方法［J］.钻井工程，2010，30(8):55-58.