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摘要：随着南缘勘探开发的深入，针对高温深层、封固段长、温度差异大导致的水泥浆稠化时间难以控制、高温环境下稳定性差及长封固段固井作业中大温差导致顶部水泥浆易出现缓凝甚至超缓凝等固井技术难题开展研究。开发出了密度最高至2.60g/cm3的高密度大温差固井水泥浆配方，该水泥浆体系性能稳定、稠化过渡时间短、水泥石强度高，温差为100℃、顶部温度50℃的条件下48h强度大于5MPa。在呼探1井等多口南缘重点探井成功应用，具有很好的推广价值。

关键词：长封固段；高密度水泥浆；大温差固井；顶部强度

引言

南缘深井、超深井的固井，主要面临着高温、高压、窄环空、长裸眼封固段、易漏等一系列工程技术难题，施工作业风险高，导致水泥浆体系设计存在以下技术难点：①水泥浆的稠化时间难以控制[1]；②长封固段或大温差固井作业中，顶部水泥石强度发展缓慢[2]；③水泥浆在高温环境下稳定性差[3]。

通过优选抗高温大温差缓凝剂，使水泥浆在井底高温条件下具有良好的缓凝效果，解决长封固段固井时顶部水泥浆强度发展缓慢问题；优选抗高温降失水剂，防止高温下水泥浆失水量过大；对水泥混料颗粒粒径分布进行优化，增大固相堆积密度，提高高温水泥浆沉降稳定性。

1 大温差水泥浆体系外加剂的选择

1.1 抗高温缓凝剂HG-R

缓凝剂HG-R分子具有温度感应伸缩性，随着温度的降低，缓凝剂分子由伸张状态变为蜷缩状态，部分缓凝基团逐渐被“包埋”在缔合结构中，从而达到高温下具有较强缓凝效果，低温下缓凝效果降低，解决了水泥浆高温稠化时间长与低温强度发展缓慢的矛盾[4]。

1.2 降失水剂HG-T

HG-T是在分子主链上引入了具有良好的耐盐性、水溶性和热稳定性的磺酸基团[5]；分子链上的刚性单体单元可以提高降失水剂的抗高温能力。在不同温度下，HG-T加量对失水量的影响见图1。

由图1可以看出，随着温度升高，即使温度升至150℃，降失水剂加量为6%时，仍能将失水量控制在50ml以下。

1.3 加重材料

水泥浆采用密度为7.0～7.5 g/cm3的 GM-1和密度4.7～4.9 g/cm3微锰矿粉复配加重。GM-1密度高，相对于采用重晶石、磁铁矿等加重，用量少，密度可调范围大。微锰粒径小，粒度分布窄，易于悬浮，且颗粒呈球形，用其配制水泥浆，在提高水泥浆稳定性的同时，降低水泥浆表观黏度和塑性黏度，提高水泥浆流变性。

1.4 采用颗粒级配原理进行紧密堆积

对优选出的超高密度加重剂，利用颗粒级配原理进行紧密堆积设计[6]。从表2可以看出，通过紧密堆积优化后的水泥浆的渗透率明显降低，稳定性和抗压强度都获得了提高。

2 高密度大温差固井水泥浆体系性能

2.1 高密度大温差固井水泥浆体系配方

通过调整材料加量，按水泥的不同比例复配形成高密度大温差固井水泥浆体系（表3）。

2.2 水泥浆流变性能

如表4所示，高密度大温差固井水泥浆具有较好的流变性，并能提高水泥浆的壁面剪应力，有利于水泥浆对钻井液的顶替。

2.3 水泥浆稳定性

结果如表5所示，高密度大温差固井水泥浆具有较好的沉降稳定性。

2.4 水泥浆综合性能

调整后的水泥浆如表6所示，水泥浆综合性能满足固井技术需求，水泥浆稠化曲线如图2所示，水泥浆稠化时间可调，30Bc～100Bc过渡时间仅13min，接近直角稠化，可有效保证水泥浆防窜性能。

2.5 水泥浆顶部强度

取顶部温度80℃、70℃、60℃、50℃，配方循环温度为150℃，对应温差最高100℃，顶部强度数据见表7，该水泥浆体系具有较高的早期强度。

3  呼探1井尾管固井试验

呼探1井尾管下深7601m，悬挂器喇叭口位置3523m，水泥浆返至3623m。水泥封固段长3978m，领浆封固：3623m～5300m（1677m）；中间浆封固：5300m～6100m（800m）；尾浆封固：6100m～7601m（1501m）。井底温度159℃，上下温差83℃，井底压力153MPa，油基钻井液密度2.12g/cm3。水泥浆配方及主要性能见表8。

全程采用控压固井，完成对该井段的一次性成功封固，全井段封固质量合格，其中领浆封固段（3623m～5300m）优质，声幅图见图3。

4  结论

1. 针对南缘高密度大温差长封固固井作业中出现的水泥浆顶部强度发展缓慢问题，使用了耐高温、温度及加量敏感性小、性能稳定的大温差缓凝剂HG-R。

2. 基于紧密堆积理论，通过对不同粒径材料的合理搭配，开发出了高密度大温差水泥浆体系，该水泥浆体系具有流动性和沉降稳定性好，失水量小，稠化时间可调，顶部强度发展迅速等特点。

3. 该高密度大温差水泥浆体系可实现高温深井超长封固段一次性封固，降低对工具、设备性能要求，缩短施工时间和降低施工成本，现场应用效果好，随着深井、超深井的勘探开发，该体系具有良好的推广价值及应用前景。

参考文献：

[1] 夏修建，于永金，陈洲洋，等.一种新型超高温固井水泥浆缓凝剂[J].天然气工业，2021，41（09）：98-104.

[2] 齐奉忠，于永金，刘斌辉，等.长封固段大温差固井技术研究与实践[J].石油科技论坛，2017，36（06）：32-36.

[3] 赵军.高温高密度水泥浆配方设计难点及对策[J].内蒙古石油化工，2018，44（04）：41-44.

[4] 郭锦棠，夏修建，刘硕琼，等.适用于长封固段固井的新型高温缓凝剂HTR-300L[J].石油勘探与开发，2013，40（05）：611-615.

[5] 李玥，古诗雨，谢冬柏，等.油气井固井用降失水剂研究进展及展望[J].精细石油化工进展，2018，19（04）：21-26.

[6] 覃毅，徐梓刚，田宝振，等.高密度水泥浆粒度级配对水泥浆抗压强度和流变性的影响[J].非常规油气，2017，4（03）：87-92.