6-大庆调整井固井技术研究与应用

1、大庆调整井固井技术研究与应用杨智光 程艳 和传键 陈晓楼 莫继春 徐明（大庆石油管理局钻井工程技术研究院）摘 要：通过钻井地质、室内基础理论模拟实验、应用技术三个方面的研究，建立了地层压力预测的数学模型，解决了薄差层地层连通性判断问题；解决了水渗流模拟试验中临界条件和评价参数的确定、水泥石动态力学性能和水气窜规律研究的评价手段和方法，建立了压稳程度的计算公式，解决了压稳程度的定量评价指标，为现场的施工设计提供了理论依据。并研制出DRK抗冲击韧性及高封窜水泥体系，提出了高密度冲洗隔离液配套技术，从而提高了调整井的固井质量。主题词：调整井 地层压力 泄压 预测 水渗流 评价装置 压稳系数 力学性能

2、 水泥石 抗冲击韧性 隔离液 悬浮稳定前言大庆油田属非均质的多层砂岩油藏，其调整井特点是：油层多，油层厚度差异大，油层渗透率差异大，隔层薄，且纵向上砂泥岩、高渗低渗层交错分布，再加之长期注水开发中的注采不平衡，形成了多压力层系。大庆油田为了实现长期稳产，提高采收率，提出了开发表外储层、薄差油层的开发方案。在实际开发中开发的层位越来越薄，再由于复杂地下动态环境的影响，增加了油井的封固难度。而调整井薄层固井质量是直接关系到薄层开发方案能否顺利实施的关键技术环节。为此，大庆油田在地质、室内基础理论模拟实验研究、应用技术研究等方面开展了调整井薄层固井技术研究。 经过多年的科研攻关和技术应用，较有效地解

3、决和改善了大庆油田调整井高压水气窜问题。1 地层压力预测及降压泄压技术研究应用不同的开发时期，由于开发的层位不同，影响地层压力的因素也不尽相同。因此，分别进行了二次、三次加密调整井地层压力预测和降压泄压技术研究，形成了一套适合大庆油田调整井的开采层孔隙压力和套损层位压力预测技术，以及以待钻井周围注水井降压为主，所钻井原井眼泄压为辅的降压泄压技术。1.1 二次加密调整井的地层压力预测及降压泄压技术1.1.1 二次加密调整井的地层压力预测1）开采层孔隙压力预测正常注采层位地层孔隙压力与降压注水井的井口恢复压力有关，可以直接反映开采层最高压力大小，其预测方法为：P=（102P+H）/102+a式中：

4、P预测压力系数；P井口恢复压力，MPa；HS2顶深度，m； A综合压力与单层最高压力差，MPa，由完井压力检测结果确定，一般为12.0 MPa。2） 套损层位压力预测利用无限大等厚油藏的条件对弹性不稳定渗流微分方程进行求解，得到无限大等厚地层压力分布公式：其中: h = FmCi/rEi(-X)称为幂积分函数.定义为: 式中x为积分变量.1.1.2二次加密调整井的地层压力降压泄压技术在压力预测的基础上，为保证钻井安全和油井的封固质量，针对一些地层压力较高的地层和地区，与开发部门协作，实施了钻关、停注泄压技术措施，降低高压层地层压力，减少层间压差。主要采取以下措施：1）钻关降压同钻机运行相结合，

5、注水井同时整体降压，实现区块的整体降压，保证地下压力场的稳定。2）高压层位注水井提前10-15天关井（或放溢）降压，开钻前井口剩余压力小于2.0MPa 。3）欠压层位注水井提前2-3天关井降压，开钻前井口剩余压力控制在4.0-4.5 MPa 。4）同井场主力采油井在开钻前至测完声变后停采，增加欠压层的地层孔隙压力。1.2 三次加密调整井地层压力预测技术1.2.1钻遇层地层孔隙压力预测技术随着油田内加密井网的完善，地下压力系统虽然变化较大，但是地下流体仍然遵循渗流力学原理，因此，采用渗流力学的稳定渗流原理建立基础模型是完全可以反映地下流体流动状态的，即：式中：距井点r处任一点A的压力；边缘地层压

6、力，MPa；Pw井筒处地层压力,MPa；Re供给边缘半径,m；Rw井筒半径,m。1.2.2 长垣北部套损区套损层位地层压力预测技术1)嫩二段底套损后地层压力计算方法2)套损层位为油层非开采层位或萨零组地层压力的计算方法1.3 三次加密调整井降压泄压技术通过影响固井质量临界地层孔隙压力系数研究，确定注水井关井井口剩余压力不能超过3.5MPa；根据降压随时间变化规律确定，基础井网注水井应在待钻井开钻前7-10天关井降压，一次加密井网注水井在待钻井开钻前12-14天关井降压，二次加密注水井在待钻井开钻前15-17天关井降压；根据注水井关井距离与压降关系确定:（1）基础井网注水井关井范围约为300米；

7、（2）一次加密井网注水井关井范围约为400米；（3）二次加密井网注水井关井范围约为400米。对于无法在有限时间内将井口压力降至5.5MPa以内的井，采用以下措施：针对高压层的物性不同，采用不同的泄压方法。非目的层及高渗高压异常蹩压层采用油井补孔泄压；低渗高压层采用原井眼泄压技术。1.4地层压力预测及泄压效果1）钻前预测套损层位地层压力系数误差0.07的符合率为96.6%。2）由于地层压力预测技术，钻关泄压效果好，平均地层压力降低了0.97MPa，降低了钻井液密度，固井质量大幅提高，长垣内平均固井优质率达到88.5，合格率达到100。3）经过准确地预测待钻区块的地层压力，与2000年套损区块相比

8、，油层钻井液密度由原来平均的1.58g/cm3 降到了2001年的1.47g/cm3和2002年的平均1.48g/cm3。2000年，套损区的最高洗井液密度为1.85g/cm3 ,2001年和2002年，套损区的最高完钻泥浆密度为1.70g/cm3和1.65g/cm3,由于降低了井筒内的静液柱压力，降低了岩屑的压实效应，提高了机械钻速，缩短了钻井周期，平均单井提高机械钻速0.56m/h，缩短钻井周期0.5天。2 基础理论模拟实验研究2.1 高含水后期调整井水渗流对固井质量影响的模拟实验研究图2-1 水渗流模拟装置 通过现场地质调查，确定渗透性地层的井下环境，以及地层流体压力状态和渗流速度范围，

9、建立模拟试验装置，研究压差对固井质量的影响和研究水渗流对固井质量的影响；在精细地质研究的基础上，利用渗流力学原理，在室内模拟试验的指导下，完善了调整井小层孔隙流体压力预测及控制技术，建立了小层孔隙流体流速的预测及控制技术，并在大庆油田调整井钻井固井中推广应用。211水渗流模拟装置: （图2-1）1) 模拟装置主体;2) 模拟装置加压系统； 3) 测量采集系统；4) 辅助设备。2.1.2压差对固井质量影响的试验研究图2-2 压差与声幅质量的关系曲线试验数据做出了压差与声幅关系曲线,见图2-2。可以把压差对固井质量的影响分成三个区间加以讨论说明:-1MPa1MPa,1MPa8MPa,8MPa10M

10、Pa。 压差在-1MPa1MPa之间,即欠压稳和刚刚压稳。由于地层孔隙压力接近环空静液柱压力,并且由于水泥浆的失重,环空液柱压力很快达到地层孔隙压力,这时,水泥环内部的胶凝强度还未发展足够大,不能阻止地层中水侵入水泥环。在现场固井中,由于注重压稳措施的落实,刚刚压稳和欠压稳层段较少,因此,对于这种情况只做了0.2MPa的压差试验。压差在1MPa8MPa之间,压差对固井质量影响不大,24:00声幅值2%4.5%。现场调整井固井中大部分井段都是处于这一压差段。由于水泥浆柱完全压稳地层，当环空静液柱压力低于地层孔隙压力时，胶凝的水泥浆已具备阻止水侵入水泥环的能力，又由于在此压差范围内不会造成水泥浆的

11、过量失水,因此声幅值较低。 压差大于8MPa时,声幅值开始升高,压差达到9MPa时,24:00声幅值达到8%。压差达10MPa时,24:00声幅值为18%。随着压差增大，声幅值提高，这主要是由于压差增大，水泥浆失水加大所造成的。为了进一步说明失水对固井质量的影响,利用API387-71型小失水仪,做了A级原浆在不同压差条件下,失水后的水泥试件。在空气中养护24小时,测量试件强度。试验数据见表2-1。从表2-1数据可以看出,随着压差增大,失水后在空气中养护的水泥石强度减小。失水压差达到8MPa后,水泥石的强度比1MPa条件下的水泥石强度低一半多。在现场固井中。大压差层段声幅起幅度,影响因素很多,

12、但我们认为失水是一个重要因素。为确保固井质量,我们取9MPa作为临界压差,压差应控制在1MPa9MPa。表2-1 同压差条件下失水后的水泥石强度表序号135678924h抗压强度(MPa)1211.210.89.58.66.14.62.1.3.水渗流对固井质量影响的试验研究(1)不同渗流流量试验试验数据见表2-2。做出了流量与声幅关系曲线见图2-3。表2-2 地层渗透率为350450×10-3mm2带泥饼渗流试验数据表 项目 序号流量(ml/h)声幅值(%)19803421200831600151742000365320042试验1渗流流量为980ml/h，声幅值34%。在现场取声幅

13、10%作为优质井。因此在模拟试验中,我们也以10%作为确定临界流量的标准。从图2-3可知,在人造模拟岩心渗透率为350450×10-3mm2、带泥饼的模拟条件下,水渗流影响固井质量的临界流量为1300ml/h。(2)水渗流临界流速计算在水渗流试验中，水渗流的大小是以渗流流量来衡量的，为了同现场的渗流速度相比较，在模拟试验中，我们利用示踪剂的办法确定模拟试验中的过水断面，从而将流量转换成流速。 式中:A过流面积,cm2 ； h模拟岩心长度,cm ； 孔隙度； D模拟岩心外径，cm。图2-3 流量与声幅关系曲线在矿场区块试验中,利用示踪剂的办法做过注水井注入的水在地层中推进速度试验。注水

14、井和采油井相距300米,从注水井注入的示踪剂2个月后从采油井见到示踪剂。注入水在地层中的推进速度为5m/d。各聚合物驱中心井示踪剂推进速度最小为0.97m/d，最大的为9.8 m/d。水渗流试验中得出的临界渗流速度为49.76mm/h即1.19m/d，与现场实际是比较吻合的，这为现场控制小层流体流速提供依据。2.2 压稳程度预测技术研究在大庆油田调整井固井中，高压层的固井质量很难保证，主要是在固井或候凝期不易压稳高压层，造成水、气窜。因此，压稳是关系到高压层固井质量的关键因素。 2.2.1水气窜模拟实验装置的结构图2-4 水（气）窜模拟装置水（气）窜模拟装置主要是由四部分组成：釜体部分主要包括

15、釜体、井壁、加热器、上覆活塞、下端盖等。动力部分主要包括液压泵、油缸、气瓶等。测控部分主要包括有关压力、温度、位移、流量传感器以及恒温控制仪表。数据采集及处理部分主要包括数据采集系统、计算机、打印机等。结构示意图如图2-4所示。2.2.2水泥浆失重及胶凝强度发展规律的研究为了研究水泥浆失重及胶凝强度发展规律,在10米高的模拟井筒内灌注水泥浆,进行了压力测量实验,并同时进行了水泥浆胶凝强度实验。数据见表2-3,曲线见图2-5。表2-3 水泥浆压力降与胶凝强度数据表时间 min020406080100120140160180200220240实测压力Pc KPa175175175168152128

16、103908175655845实测压降 KPa22292549748796102112119132胶凝强度 t Pa57104590160250350550930135019502400胶凝计算压力降KPa1.52.13.013.5274875105165280405585720图中曲线(1)反映了水泥浆下降规律。初期下降很慢,中期加快,后期减慢。中后期有一个较明显的分界点K。图中曲线(2)反映了水泥浆胶凝强度发展规律 ,初期发展很慢,中期加快, 后期更快。由水泥浆胶凝强度计算的压力降曲线(3),对比曲线(1)和(3)可见,在K点以前,两条曲线很接近,反映在这一阶段,水泥浆的压力下降主要由胶凝

17、引起。分析认为,水泥浆的胶凝强度还不够高,水泥水化体积减缩引起的压力降可由水泥浆自由回落而得以部分补充。在K点以后,两条曲线发生偏离。分析认为,此时水泥浆已达到了一定的胶凝强度,水泥浆已停止回落。水泥浆的压力下降由水化体积减缩造成。在胶凝强度发展曲线(2)上,有一个K点与K点相对应。在K点以后,胶凝强度迅速发展,近似呈直线规律变化,由于胶凝强度迅速增长,水泥浆抗窜阻力Pf也将迅速增长,而此时,水泥浆压力Pc的降落速度已变慢。因此,可以认为,在K点以后,水泥浆抗窜阻力Pf的增长速度将高于水泥浆压力Pc的降落速度。也就是说,如果在K点不发生水窜,在K点以后将不会发生水窜。我们把K点叫防窜临界点,K

18、点所对应的时间叫临界时间tk,所对的胶凝强度叫临界胶凝强度tk。2.2.3压稳系数研究和压稳程度公式的建立由以上研究知道，在K点不发生水窜的条件是:PckPfk>Pw 。为更趋于安全,令此时Pfk=0,那么不发生水窜的条件是：Pck>Pw或Pck/Pw>1。我们把Pck与Pw的比值叫做压稳系数PSF,PSF大于1将不发生水窜,PSF值越大,压稳程度越高。为了求得PSF，首先求水泥浆胶凝强度发展的临界点K,在K点之前,水泥浆胶凝强度发展曲线可用以e为底的指数函数来表示。在K点以后,可用直线方程来表示。K点可用两个方程的交点来求得。图2-5 不同温度胶凝强度发展曲线值得注意的是，

19、水泥浆胶凝强度的发展,临界点发生的时间tk,临界胶凝强度tk都与温度有关,A级净浆不同温度下胶凝强度发展曲线见图2-6中的1线。胶凝强度数据见表2-4。临界值见表2-5。 由图表可见,温度越高,水泥浆胶凝强度发展越迅速,tk值越短,tk值越低。表2-4 不同温度条件下水泥浆胶凝强度实验数据表时间温度0102030405060708090100110120130140150A级水泥3569219026044051093045314364416025063010105541927551604601090抗窜水泥浆3515162237115337634950452025307021080010505

20、52030451303551020实验温度 大庆油田调整井目的层温度一般在3555之间,在此范围内,tk,tk与温度近于直线关系,见图2-6。因此,对任一温度下的tk,tk值可用内插法计得。图2-6 临界时间、临界胶凝强度和温度之间的关系表2-5 水泥浆临界数据表 类别温度354555A级原浆临界方程3.68e0.0343t=24.5t-28302.57e0.051t=38t-31703.105e0.065t=46.5t-2685临界时间 tk min1279061临界胶凝强度 tk Pa282250183抗窜水泥临界方程8.46e0.068t=28.02t-103212.06e0.073t=

21、35.3t-105615.6e0.072t=31.5t-715临界时间 tk min423426临界胶凝强度 tk Pa148144102还要注意,目的层水泥浆达到临界点时,在目的层以上至水泥面,因温度较低,水泥浆胶凝强度值将低于目的层的临界胶凝强度tk。如果水泥面距目的层较远,应进行修正。比较简便的方法是用tk值与水泥面胶凝强度tA值的平均值计算。压稳系数推导如下:式中：c、m、s、Lc、Lm、Ls 分别为水泥浆、泥浆、 隔离液密度和长度；g 重力加速度；D 井径；d 套管外径；k 目的层水泥浆临界胶凝强度；A 水泥面水泥浆胶凝强度；临界点时目的层上部水泥浆的失重。固井后目的层处环空静水压力

22、（P静）； Pw 目的层地层压力； 压稳公式可简化为：P静-P失Pw由上可见，压稳的实质是：固井后的静水压力减去水泥浆的失重后，仍然要大于或等于地层压力。2.3提高水泥石的抗冲击韧性研究 随着开发技术和产能需求的发展，大庆油田已经对薄差油层进行开发，要求的隔层厚度日趋减小。而薄油层中的剩余油潜力，大部分分布在油层性质较差的难采储层中，一般都需要进行压裂改造和采用深度穿透的聚能射孔技术挖潜。通过现场调研和室内探索实验发现：固井水泥环受射孔弹聚能射流作用，局部会产生破裂现象。水泥环的破裂必然减弱或失去封隔地下油、气、水层的作用，层间窜通影响开发，严重的会使油水井报废。 2.3.1 射孔对水泥环损伤

23、的原因分析1) 应力波的侵彻、反射和相互作用2) 内压的动力响应3 )封固缺陷的影响2.3.2 水泥石抗冲击韧性评价参数指标的确定目前所说的材料的力学性能一般是指材料在准静态下测得的结果。而众多的研究和工程实践表明，材料在动载下的力学性能与静态下的情况相比有显著的差异，对于属于脆性材料的水泥石来说更是如此。经过大量的调研工作和实验分析，初步确定了评价水泥石抗冲击韧性的三个代表参数：动态弹性模量、破碎吸收能和动态断裂韧性。2.3.3 实验装置的研制及原理2.3.3.1 HOPKINSON水泥石动态力学性能实验装置霍布金森实验技术是在二十世纪初期发展起来的，现已成为确定材料动态力学性能广泛应用的一

24、种试验方法。图2-7 霍布金森实验装示意图 如一长杆呈弹性状态，则在杆端处的扰动将以弹性波速c=(E/r)1/2向杆的远处传播，式中为材料的弹性模量， 为材料的密度。因此，通过研究距离杆端一定距离处的效应，就可以了解杆端处所产生的应力和应变。霍布金森实验装置示意图如图2-7所示。高压气 室使子弹获得所需速度且与输入杆做对心碰撞，使此杆得到压缩波，即入射波。当入射波行进到右端面时，由于杆与试件的声阻抗不同，形成反射波和透射波。透射波由吸收杆扑获，最后由阻尼器吸收。由压杆上的应变片记录下应变波形，经超动态应变仪放大后存于存储器，经过离散、数字化，最后通过计算机处理，输出应力、应变数据及曲线。2.3

25、.3.2模拟射孔及验窜实验装置的研制根据射孔对水泥环损伤的机理分析，与现场完井射孔工艺相结合，利用相似理论和加载条件设计出了射孔综合模拟实验装置，同时，为了验证射孔对水泥环的损伤给井下水泥环密封性能带来的影响，研制出固井水泥环验窜装置（如图2-8、2-9）。借助这两个装置进行了射孔试验和验窜试验，对水泥石的韧性和水泥环抗射孔冲击能力进行定性评价。 图2-8 射孔装置示意图 图2-9 验窜装置示意图2.3.4 射孔对水泥环损伤的综合试验研究实验见表2-6、图2-10图2-10 水泥石动态应力-应变曲线 表2-6 水泥石动态力学性能数据表序号水泥石配方弹性模量GPa破碎吸收能 动态断裂韧性Gpa动

26、态静态1原浆+Sxy0.2%19.7215.0213.70.0872石棉4%Sxy2%18.6714.7020.10.3783石棉5%Sxy2.5%17.2614.2820.24碳纤维0.3%+Sxy0.5%21.2617.20.3425碳纤维0.5%+Sxy0.5%20.8716.90.3576碳纤维0.7%+Sxy0.5%19.0215.40.3717碳纤维1.0%+Sxy0.5%22.4216.10.3858碳纤维1.2%+Sxy0.5%23.3919.7416.00.3649碳纤维0.3%+胶乳20%+Sxy0.5%13.9621.40.47410碳纤维0.5%+胶乳20%+Sxy0.

27、5%11.8620.80.48111碳纤维0.7%+胶乳5%+Sxy0.5%14.7421.30.41412碳纤维0.7%+胶乳10%+Sxy0.5%13.0021.40.44013碳纤维0.7%+胶乳15%+Sxy0.5%10.7622.70.48214碳纤维0.7%+胶乳20%+Sxy0.5%8.175.2322.80.52915碳纤维1.0%+胶乳20%+Sxy0.5%10.388.7623.00.57416碳纤维1.2%+胶乳20%+Sxy0.5%10.1022.10.554注：采用A级油井水泥 W/C=0.44 1） 纤维增韧是提高水泥石抗冲击性能的有效途径，纤维增强的水泥石在弹性模

28、量、破碎吸收能、断裂韧性等力学性能上得到明显改善。 2) 结合水泥石力学性能实验和模拟射孔实验可以看出，具有较好抗冲击性能的水泥石应以下列指标为应达到的最低标准：动态弹性模量 （Gpa）：19.00破碎吸收能（J´10-1/cm3）：15.40断裂韧性 MPa.m1/2：0.371第一界面强度（MPa）：3.182.3.5水泥环抗冲击性能实验为了检验不同配方水泥石的抗射孔冲击能力，利用模拟射孔检测评价装置进行了模拟射孔试验。 在射孔完成后，为了对水泥环进行验窜检查，以此来作为水泥环密封性能的最终检查标准，利用验窜装置进行了验窜实验，结果见表2-7。 表2-7 射孔及验窜试验结果序号配

29、方套管类型一界面强度 MPa水泥环裂纹描述验窜压力MPa1原浆光壁1.27弹孔对面有几处长约300mm的裂纹2.02原浆粘砂3.09弹孔对面有几处长约200mm的裂纹4.53原浆光壁1.27弹孔对面有几处长约210mm的裂纹5.04石棉5%光壁2.12无裂纹6.05石棉5%光壁2.12无裂纹8.26石棉5%粘砂3.76无裂纹9.07碳纤1.0%+胶乳20%粘砂4.18无裂纹12.48碳纤0.7%+SXY0.5%粘砂3.18无裂纹13.69原浆光壁未射孔14.0注：采用A级油井水泥 W/C=0.44根据以上实验，我们可以看出：(1) 由示踪剂的显示，绝大多数的水是从弹孔周围的第一界面渗入的。因此

30、，可以肯定出水只有一小部分是由于水泥石的渗透率造成的，而进入第一界面的水压力致使水泥环破裂。从1、2试验可以看出，如果使用粘砂套管，第一界面强度提高，则水泥环的抗窜能力会相应提高。(2) 第9试验为未射孔的原浆水泥环的验窜结果，在使用粘砂套管的前提下，7和8试验的水泥环的抗窜能力已接近射孔前原浆水泥环的抗窜能力。这说明这两种配方的水泥石因力学性能的改变而承受住了射孔瞬间产生的大变形，水泥石的韧性得到了明显的改善。3 应用技术研究3.1 高抗窜水泥浆体系的研究应用3.1.1锁水抗窜剂的研制和作用机理锁水抗窜剂具有速凝、早强、抗渗、胶凝强度发展迅速、过度期短、补偿“水泥浆失重”等抗窜特性。常规性能

31、试验见表3-1。表3-1 净浆和锁水抗窜水泥浆常规性能试验数据类型密度g/cm3流动度cm凝结时间h:min初始稠度Bc稠化时间min8小时抗压强度MPaA级净浆1.90232:20/0:2715-20>907.2抗窜水泥1.9024-251:00/0:1015-3050-6016.5注：凝结时间、抗压强度试验条件为：45，常压；稠化时间试验条件为38，18.9MPa。3.1.2高抗窜水泥浆的研究(1) 高抗窜水泥外加剂的组成高抗窜水泥外加剂在锁水抗窜剂的基础上，添加了加重剂，优化了膨胀剂。(2) 高抗窜水泥浆的防窜原理固好高压层的基本条件是：固井后，固井液（水泥浆、泥浆、隔离液）对高压

32、层的压稳系数PSF1。由上可见，压稳的实质是：固井后的静水压力减去水泥浆的失重后，仍然要大于或等于地层压力。假定地层压力是客观不变的，那么在固井时提高压稳程度应从两个方面入手。一是要提高静水压力P静，二是要减少水泥浆的“失重”P。原有的DSK锁水抗窜剂主要从减少水泥浆的失重入手，而新研制的高抗窜水泥浆（GMK）正是从这两个方面来提高水泥浆的抗窜能力。高抗窜水泥浆与锁水抗窜剂一样具有速凝、早强、抗渗、微膨胀等特性。尤其是胶凝强度发展迅速，达到防窜临界点时间短，临界胶凝强度低。见图3-1和表3-2。表3-2高密度抗窜水泥浆临界数据表类别临界时间min临界胶凝强度Pa 百米失重MPaA级原浆9025

33、01.25DSK水泥浆341440.72GMK水泥浆331250.63图3-1 高密度抗窜水泥浆临界胶凝强度发展曲线从图3-1和表3-2可见：高抗窜水泥浆（GMK）其胶凝强度发展不仅比A级原浆快得多，而且其临界胶凝强度比DSK锁水抗窜剂还低一些，这更有利于减少水泥浆“失重”，在45条件下，相当于调整井井下900米左右的温度，高密度抗窜水泥浆每百米水泥浆柱比DSK锁水抗窜剂少失重约0.1MPa，比A级原浆少失重约0.6MPa。除此之外，高水泥浆又提高了水泥浆的密度，密度由原来的1.90g/cm3，可提高至2.20 g/cm3，每百米水泥浆柱将提高0.3MPa的静水压力，比A级原浆又少失重0.6M

34、Pa，这样，使用高抗窜水泥浆每百米将增加压力0.9MPa左右，对压稳高压层非常有利。表3-3 高密度抗窜水泥浆综合性能水泥浆类型GMKDSK原浆水灰比0.460.460.46水泥浆密度g/cm32.101.901.88流动度cm25.526.826.0初凝/终凝h:min1:27/0:151:30/0:202:55/0:21初始稠度Bc221518稠化时间min64659524小时抗压强度MPa22.7822.616.048小时抗压强度MPa16.516.23.5线性膨胀率%0.200.0460.045抗窜能力MPa4.13.50.5 注：1）凝结时间、抗压强度、膨胀性实验条件：45×

35、;常压； 2）稠化时间实验条件38×17.9MPa； 3）抗窜能力实验条件：45×（7-6）MPa高密度抗窜水泥浆能够配制较高的密度，且具有速凝、早强、抗渗、胶凝强度发展迅速，体积微膨胀、抗窜能力强等特性。如配制密度达到2.10g/cm3时，其综合性能见下表3-3。3.2加重冲洗隔离液的研究3.2.1 作用机理1) 悬浮作用2) 冲洗作用 3）压稳作用3.2.2 室内评价试验1）稳定性试验进行了密度在1.001.85g/cm3范围内的高密度冲洗隔离液的沉降稳定性（指配置的冲洗隔离液24小时上下密度差）评价试验，结果表明（见表3-4），冲洗隔离液体系在常温及加热条件下冲洗隔离

36、液上下密度差均在0.02g/cm3以内。体系具有粘度低，沉降稳定性好的特点。表 3-4 冲洗隔离液流变性及稳定性试验数据表（常温）序号隔离液密度60030020010063nk,Pa.sn沉降稳定性11.05 g/cm3372923.5168.57.50.5400.5100.02g/cm321.10 g/cm3443124.5178.57.50.5460.5270.02g/cm331.15 g/cm3483226188.57.50.5230.6280.02g/cm341.20 g/cm350.53428198.57.50.5290.6430.02g/cm351.25 g/cm352352620

37、980.5080.7510.02g/cm361.30 g/cm3553627.520980.5340.6580.02g/cm371.35 g/cm3633829219.88.50.5390.6740.02g/cm381.40 g/cm3673830.522108.80.4970.8780.02g/cm391.45 g/cm37740332310.590.5030.8890.02g/cm3101.50 g/cm38245352510.590.5340.8230.02g/cm3111.55 g/cm383474026.51210.50.5210.9340.02g/cm3121.60 g/cm385

38、4940.527.512.510.50.5250.9490.02g/cm3131.65 g/cm3845040.52813110.5270.9560.02g/cm3141.70 g/cm38354413014120.5340.9870.02g/cm3151.75 g/cm38459413215.5130.5560.9410.02g/cm3161.80 g/cm3896351341613.50.5600.9770.02g/cm3171.85 g/cm395.567543517140.5900.8640.02g/cm32）冲洗率试验进行了密度在1.00-1.85g/cm3范围内的高密度冲洗隔离液的

39、冲洗率试验，相应密度的冲洗隔离液的冲洗率见表3-5。表3-5 冲洗率评价试验数据表常温×1400rpm密度，g/cm31.101.201.301.401.501.601.701.85冲洗时间，min3333.53.5444.5冲洗率，%100100100100100100100100结果表明，在2-5分钟内冲洗率即可达到100%，只是随着密度的升高，冲洗效率略有下降（即冲洗时间略有延长）。3.2.3 现场应用情况及效果一般隔离液密度的设计原则是，隔离液密度接近于或高于钻井液，并且应低于水泥浆，这样才有利于顶替，不易产生混窜等现象。该高密度冲洗隔离液室内试验基础上，在定向井、疑难井共应

40、用30余口井，其中合格率97.3%，优质率37.8%。这些井普遍存在着高压层或低压高渗层，井况特别复杂。但从延时测井图对比上可以看出，采用高密度冲洗隔离液的井（杏1-320-28），特别是井下水泥环上部，界面胶结较好，水泥面清晰，曲线幅值小，混窜率大大降低。由邻井统计数据对比来看，采用高密度冲洗隔离液后，水泥环上部的混窜率由原来的1.67%降至为0。通过在大庆定向井、疑难井上的应用，说明采用高密度冲洗隔离液达到了防塌、压稳的目的。3.3 DRK抗冲击韧性水泥浆体系的研究与应用该外加剂体系主要由增韧剂、降失水剂、速凝早强剂和分散剂组成。3.3.1 DRK对水泥浆各项性能 表3-6 DRK水泥浆各项性能试验数据配方水灰比密度g/cm3流动度cm凝结时间45×常压h:minAPI失水45×7Mpaml初始稠度 BC稠化时间38×16.9Mpamin/BC一界面强度MPa抗压强度(Mpa)8h24h48h72h净浆0.441.9024.02:30/0:30113010-15175/701.73.220.224.229DRK0.441.9125.51:12/0:114510-586/1001.926.