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高温低密度大温差水泥浆体系构建及评价

杨吕超,  孟仁洲,  张小林,  翟显治,  张驰,  叶素桃

杨吕超,孟仁洲,张小林,等. 高温低密度大温差水泥浆体系构建及评价[J]. 钻井液与完井液,2026,43(5):680-687 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.012
引用本文: 杨吕超,孟仁洲,张小林,等. 高温低密度大温差水泥浆体系构建及评价[J]. 钻井液与完井液,2026,43(5):680-687 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.012
Yang Lyuchao, Meng Renzhou, Zhang Xiaolin, et al.Formulation and evaluation of high-temperature large temperature-difference low-density cement slurry[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(5):680-687 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.012
Citation: Yang Lyuchao, Meng Renzhou, Zhang Xiaolin, et al.Formulation and evaluation of high-temperature large temperature-difference low-density cement slurry[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(5):680-687 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.012

高温低密度大温差水泥浆体系构建及评价

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.05.012
基金项目: 中国石油天然气集团前瞻性基础性项目课题“高温井筒流体储热降温机制与温度调控研究”(2024DJ100-4)。
详细信息
    作者简介:

    杨吕超,中级工程师,硕士,1996年生,毕业于西南石油大学油气井工程专业,现在从事固井技术研究工作。E-mail:yanglc-tlm@petrochina.com.cn

  • 中图分类号: TE256

Formulation and Evaluation of High-Temperature Large Temperature-Difference Low-Density Cement Slurry

  • 摘要: 深井超深井固井普遍存在超深、长封固段,部分井段存在低压易漏等复杂工况,水泥浆面临高温、大温差、低密度水泥石强度低发展慢等技术难题,浆体调凝、稳定性、水泥石强度等性能难兼顾。通过研发抗高温悬浮稳定剂、大温差调凝剂等,结合紧密堆积理论优化颗粒级配,构建了密度为1.20~1.55 g/cm3的高温低密度大温差水泥浆体系。实验表明,抗高温悬浮稳定剂疏水缔合作用可在70~160 ℃内减缓溶液黏度的降低;大温差调凝剂通过温敏官能团释放,实现了“顶部弱缓凝、底部强缓凝”;构建的水泥浆体系高温200 ℃养护后,水泥浆游离液为0,沉降稳定性在0.05 g/cm3以内;大温差条件下水泥石顶部低温段48 h强度达3.6 MPa,能够满足套管支撑和确保持续钻进的要求;120~180 ℃下水泥石14 d强度在13 MPa以上,且28 d强度无显著衰退。高温低密度大温差水泥浆体系为解决高温失稳、调凝及低密度水泥浆强度低等问题提供了技术思路,也为低压易漏失深井超深井安全、高质量固井助力。

     

  • 图  1  悬浮稳定剂溶液黏度随温度变化

    图  2  不同浓度的聚合物悬浮稳定剂溶液黏温特性

    图  3  不同温度下溶液的微极性参数

    图  4  不同温度、不同浓度下聚合物状态

    图  5  悬浮稳定剂常温25 ℃(a)及在高温220 ℃(b)养护后的微观形貌

    图  6  含大温差调凝剂的水泥浆体系高温稠化实验

    图  7  不同温度下常规密度水泥石强度发展

    图  8  不同温度、不同浓度调凝剂的羧酸根浓度

    图  9  不同温度下不同浓度调凝剂溶液的热流变化

    图  10  耐碱空心玻璃微珠粒径分布图

    图  11  水泥浆中空心玻璃微珠高温养护下微观结构

    图  12  不同密度的水泥浆不同温度下调凝性能

    图  13  密度为1.55 g/cm3的水泥浆在160 ℃下的稠化曲线

    表  1  不同温度下水泥浆稳定性

    HE400/
    %
    T/
    ℃
    t下灰/
    s
    稳定性/(g·cm−3) 游离液/
    mL
    dm1 dm2
    3 160 25 0.04 0.04 0
    4 27 0.02 0.04 0
    3 200 27 0.08 0.08 0
    4 28 0.04 0.05 0
    5 32 0.03 0.05 0
      注:dm1为高温养护后直拆水泥浆上下密度差;dm2为2 h静置后水泥浆上下密度差。
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    表  2  大温差下常规密度水泥石强度发展情况

    调凝
    剂/%
    BHCT/
    ℃
    稠化时
    间/min
    24 h
    强度/
    MPa
    顶部抗压强度/
    MPa
    顶部
    温度/
    ℃
    24 h48 h72 h
    1.512030033.48.416.130
    2.013531732.43.113.230
    3.015034835.12.711.430
    7.815.42.050
    15.121.427.270
    4.018033936.714.519.725.1100
    5.020033837.810.819.8100
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    表  3  不同密度水泥浆的性能

    水泥浆 ρ/
    g·cm−3
    流动度/
    cm
    游离液/
    mL
    FL(180 ℃)/
    mL
    1# 1.20 22.5 0 37.0
    2# 1.40 23.0 0 39.0
    3# 1.50 21.5 0 31.0
    4# 1.55 21.5 0 31.0
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    表  4  大温差下低密度水泥石强度发展情况

    水泥
    浆
    BHCT/
    ℃
    缓凝剂/
    %
    稠化
    时间/
    min
    底部抗压
    强度/MPa
    顶部抗压
    强度/MPa
    顶部
    温度/
    ℃
    2 d 14 d 28 d 2 d 3 d
    1# 130 2 332 5.1 13.7 12.4 3.6 13.7 50
    2# 120 2 306 12.7 20.7 19.2 3.7 12.3 30
    150 3 317 13.4 20.4 18.1 4.6 13.1 50
    3# 130 2 357 13.8 21.7 19.7 5.8 13.4 30
    150 3 373 16.4 23.1 21.4 6.4 16 60
    180 5 427 20.1 26.4 22.8 4.6 13.2 80
    4# 160 4 417 20.7 28.3 26.1 7.1 16.2 80
    180 5 434 18.6 27.2 24 5.7 14.1 80
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-03-14
  • 修回日期:  2026-05-03
  • 刊出日期:  2026-10-01

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