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超深高压储气库固井水泥浆技术

戢现贵 余纲 王海涛 丁辉 李鲲鹏 熊钰丹 滕兆健

戢现贵,余纲,王海涛,等. 超深高压储气库固井水泥浆技术[J]. 钻井液与完井液,2026,43(2):223-233 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.02.011
引用本文: 戢现贵,余纲,王海涛,等. 超深高压储气库固井水泥浆技术[J]. 钻井液与完井液,2026,43(2):223-233 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.02.011
JI Xiangui, YU Gang, WANG Haitao, et al.Cementing slurry technology for ultra-deep and high-pressure gas storage[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(2):223-233 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.02.011
Citation: JI Xiangui, YU Gang, WANG Haitao, et al.Cementing slurry technology for ultra-deep and high-pressure gas storage[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(2):223-233 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.02.011

超深高压储气库固井水泥浆技术

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.02.011
基金项目: 国家重大专项“深层煤岩气水平井安全高效钻完井技术攻关与集成应用”(2025ZD1405703)。
详细信息
    作者简介:

    戢现贵,工程师,1986年生,毕业于西南石油大学,现从事固井水泥浆研究及技术服务工作。电话 17612266063;E-mail:jixg.cpoe@cnpc.com.cn

  • 中图分类号: TE256.3

Cementing Slurry Technology for Ultra-deep and High-pressure Gas Storage

  • 摘要: 随着塔里木油田储气库井向超深高压方向发展,固井工程面临埋藏深、井底温度高、顶替效率低、气窜风险高、交变载荷作用下水泥环易失效等难题,普通的水泥浆难以满足该条件下的固井要求。通过实验优选了三种核心材料:增韧剂BCE-X、自愈合剂BCY-Y和低黏降失水剂BCF-Z,从紧密堆积理论、水灰比调控、顶替效率优化等机理方面探索了提高韧性水泥强度机制,形成了一套适用于超深高压储气库固井的高强度韧性自愈合水泥浆体系,并优化了固井顶替工艺。结果表明,高强度韧性自愈合水泥浆体系密度范围为1.86~1.92 g/cm3,稠化时间可调,API 失水量≤ 50 mL,沉降密度差为0,游离液为0,7 d 弹性模量小于6.0 GPa,90 ℃、7 d抗压强度大于30 MPa。该技术成功应用于塔里木油田牙哈储气库YC-H11井三开尾管固井,全井段固井质量合格率为99.7%、优质率为85.9%,盖层段连续优质水泥环长达25 m以上。结论认为,该技术通过力学性能优化与顶替效率提升的协同作用,显著提升了超深高压储气库固井的长期密封完整性,为同类储气库高效建设提供了可靠技术支撑。

     

  • 图  1  BCE-X的粒径分布

    图  2  BCE-X加量与水泥石力学性能的关系

    图  3  自愈合剂BCY-Y的粒径分布

    图  4  自愈合剂BCY-Y的“草莓状”形貌特征

    图  5  自愈合剂BCY-Y的热失重曲线

    图  6  低黏降失水剂BCF-Z的分子结构

    图  7  低黏降失水剂BCF-Z的热失重曲线

    图  8  低黏降失水剂与常规降失水剂A的表观黏度对比

    图  9  YC-H11井尾浆静胶凝强度曲线

    图  10  YC-H11井套管居中度模拟示意图

    图  11  YC-H11井前置液中加入BCS-112 L前后的冲洗效果

    图  12  YC-H11井井底压力当量密度模拟

    图  13  YC-H11井顶替效率模拟示意图

    图  14  YC-H11井IBC测井成果图

    表  1  加入BCE-X的韧性水泥石力学性能与行业标准对比

    对比项 ρ/
    g·cm−3
    p24 h/
    MPa
    p7 d/
    MPa
    7 d抗拉强度/
    MPa
    7 d弹性模量/
    GPa
    7 d气体渗透率/
    mD
    7 d线性膨胀率/
    %
    SY/T 7648-2021要求 1.90 ≥16.0 ≥28.0 ≥1.9 ≤6.0 ≤0.05 0~0.2
    BCE-X韧性水泥石 1.90 27.5 35.0 2.5 5.5 0.015 0.1
     注:水泥石养护条件为90 ℃×20.7 MPa。
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    表  2  BCY-Y在甲烷中的自愈合性能

    裂缝
    类型
    裂缝等效
    宽度/μm
    Ka/mD渗透率
    降低率/%
    初期终期
    人工劈开13398.621.377.9
    人工劈开99.540.14.984.5
    微裂缝22.74.5660.01599.7
     注: 实验温度为70 ℃,气体为高纯甲烷。
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    表  3  BCF-Z 与普通降失水剂 A 的水泥浆流变性能对比

    ρ/
    g·cm−3
    4.5%降失
    水剂
    FL/
    mL
    流动度/
    cm
    流变性能
    n K/Pa·sn
    常规
    (1.90 )
    A 44 19 0.67 0.76
    BCF-Z 40 22 0.88 0.33
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    表  4  BCE-X与BCY-Y不同加量下水泥石的力学性能及水泥浆流变性能对比

    配方 BCE-X/
    %
    BCY-Y/
    %
    p24 h/
    MPa
    p7 d/
    MPa
    7 d抗拉强度/
    MPa
    7 d弹性模量/
    GPa
    n K/
    Pa·sn
    1# 0 0 33.7 41.5 3.1 8.25 0.92 0.35
    2# 3 3 30.6 38.9 2.8 6.46 0.90 0.39
    3# 3 5 29.5 36.2 2.7 6.21 0.89 0.40
    4# 5 3 28.3 35.1 2.6 5.83 0.88 0.41
    5# 5 5 26.9 34.0 2.5 5.65 0.87 0.42
    6# 3 8 24.7 31.5 2.4 5.51 0.85 0.46
    7# 8 3 22.5 28.6 2.3 5.37 0.84 0.47
    8# 5 8 21.3 27.4 2.2 5.40 0.82 0.52
    9# 8 5 19.8 26.3 2.1 5.21 0.81 0.53
    10# 8 8 17.6 23.8 2.0 5.12 0.79 0.60
     注:水泥浆基浆配方:天山G级水泥+35%硅粉+增韧剂BCE-X+自愈合剂BCY-Y+4.5%降失水剂BCF-Z+2.5%减阻剂BCD-211L+1.5%缓凝剂BCR-320L+0.5%悬浮剂BCJ-300S+0.5%消泡剂BCX-100L+0.5%抑泡剂D50+水,水泥石养护条件为108 ℃×20.7 MPa。
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    表  5  4#配方不同硅粉掺量下水泥石的抗压强度及水泥浆流变性能对比

    配方200目硅粉/
    %
    500目硅粉/
    %
    微硅/
    %
    p24 h/
    MPa
    p7 d/
    MPa
    p28 d/
    MPa
    nK/
    Pa·sn
    4#-13526.732.136.70.920.39
    4#-23527.532.937.20.820.53
    4#-330527.733.638.00.900.41
    4#-4251028.334.138.60.850.48
    4#-5305331.536.741.50.880.44
    4#-6305533.637.242.10.860.49
    4#-730828.533.638.20.830.51
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    表  6  不同种类降失水剂的水泥石抗压强度对比

    降失水剂 减阻剂 水灰比 p7 d/MPa p28 d/MPa
    普通型 BCD-211L 0.41 32.5 38.9
    BCF-Z BCD-211L 0.36 38.3 45.6
     注:水泥浆密度为1.90 g/cm³,水泥石养护条件为90 ℃×20.7 MPa。
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    表  7  高强度韧性自愈合水泥浆体系的性能

    ρ/
    g·cm−3
    t稠化/
    min
    ρ/
    g·cm−3
    流动度/
    cm
    游离液/
    %
    FL/
    mL
    1.86 242 0 22 0 46
    1.88 235 0 22 0 44
    1.90 227 0 21 0 44
    1.92 220 0 21 0 42
     注:实验条件为110 ℃×65 MPa×50 min。
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    表  8  高强度韧性自愈合与常规水泥石的力学性能

    水泥石 围压/
    MPa
    峰值强
    度/MPa
    峰值
    应变/%
    弹性模
    量/GPa
    常规 0.1 32.8 2.31 8.36
    高强度韧性自愈合 0.1 42.3 3.15 6.65
    高强度韧性自愈合 20.0 46.8 3.31 5.93
     注:水泥石养护条件为90 ℃×20.7 MPa×7 d。
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    表  9  YC-H11井韧性自愈合水泥浆关键性能指标

    浆体
    类型
    ρ/
    g·cm−3
    t稠化/
    min
    t过渡/
    min
    起强度
    时间/min
    ρ/
    g·cm−3
    游离液/
    %
    FL/
    mL
    p/
    MPa
    p7 d/
    MPa
    7 d抗拉强度/
    MPa
    7 d弹性模量/
    GPa
    领浆 1.90 396 0.01 0 38 27.5(48 h) 30.2 2.5 5.76
    尾浆 1.90 157 12 261 0.01 0 36 29.1(24 h) 35.3 2.6 5.85
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    表  10  不同浆体的流变性能

    T/
    流体
    类型
    φ600 φ300 φ200 φ100 φ6 φ3 n K/
    Pa·sn
    93 钻井液 56 30 21 13 2 1 0.89 0.06
    108

    93
    隔离液 60 34 26 15 3 2 0.81 0.11
    领浆 >300 221 156 82 7 4 0.89 0.43
    尾浆 >300 231 166 90 8 5 0.85 0.59
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    表  11  YC-H11井固井质量评价表

    统计数据 总长
    度/m
    合格
    长度/m
    优秀
    长度/m
    合格率/
    %
    优质率/
    %
    一界面 773.7 772.2 666.2 99.8 86.1
    二界面 773.7 770.6 662.3 99.6 85.6
    综合固井 773.7 771.4 664.2 99.7 85.9
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-10-18
  • 修回日期:  2025-11-26
  • 刊出日期:  2026-04-08

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