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摘 要：在深井长封固段固井过程中，为保障固井施工安全，需向水泥浆中加入大量缓凝剂，而含聚合物类缓凝剂的水泥浆在大温差条件下，易出现水泥浆柱顶部水泥石强度发展缓慢或超缓凝等问题，不但影响固井质量和延长钻井周期，而且给后期钻完井等作业带来风险。因此开发新型聚合物类高温缓凝剂具有耐高温、抗盐能力强、耐高温、适用温度范围广等优点，且大温差条件下水泥浆柱顶部水泥石强度发展快，适用温差范围为 50～120 ℃，对深井、超深井长封固段固井的发展具有重要的意义。
关键词：深井长封固段固井；缓凝剂；水泥浆；适用范围
1 实验部分
针对深井、超深井长封固段大温差水泥浆柱顶部强度发展缓慢的问题，通过自由基水溶液聚合方法，研制了新型聚合物类高温缓凝剂 GWH-1，并对其性能进行了评价。结果表明：GWH-1 耐温可达 200 ℃，抗盐可达饱和；通过调整 GWH-1 加量，能调节水泥浆的稠化时间；经 130 ℃养护后低密度水泥浆（1.30 g/cm 3）的稠化时间为 386min，在 30℃下养护 72 h 后的抗压强度大于 3.5 MPa ；高温水泥浆无游离液且水泥石上下密度差小于 0.02 g/cm 3 ；水泥浆综合性能良好，解决了长封固段大温差固井水泥浆顶部超缓凝难题。GWH-1在油田A井等進行了应用，封固段固井质量优良。对深井长封固段提高固井质量、简化井身结构及节约钻井成本等具有重要意义。
2 结果与讨论
2.1 GWH-1的耐温性能。对 GWH-1 进行了 200 ℃热处理，考察其不同加量下水泥浆在不同温度下的稠化性能。经热处理后的 GWH-1 在 70～200 ℃范围内可调节水泥浆的稠化时间 ；在 130～200 ℃范围内，缓凝剂加量并未因温度升高而大幅度增大，且低温下水泥浆稠化时间对 GWH-1 加量不敏感。其配方为 ：胜潍 G 级水泥 +30% 硅粉 +3%DRF-120L+5%微硅 +GWH-1+0.5%DRS-1S+DRK-3S+52%水
2.2 GWH-1的抗盐性能
在 130 ℃下考察不同加量的 GWH-1 在不同盐含量下，对水泥浆稠化性能的影响，结果见表 2。相同盐含量下，盐水水泥浆稠化时间随GWH-1 加量的增加而延长 ；盐含量对 GWH-1 水泥浆的稠化性能影响较小 ；含盐量为 8% 时水泥浆稠化时间和淡水水泥浆基本一致 ；随着盐含量增加，水泥浆稠化时间将不同程度地延长，但无明显缩短或超缓凝现象。这可能是盐溶液是一种强电质，其氯离子包覆在水泥颗粒表面，部分屏蔽水和水泥颗粒的接触，从而使水泥浆稠化时间变长。
2.3 GWH-1的调凝性能
在 120 ℃下不同密度水泥浆稠化时间与 GWH-1加量的关系见图 2。在 GWH-1 加量为 2%时，不同密度水泥浆的稠化时间与实验温度关系见图 3。
从图 2 可知，同一温度下，不同密度的水泥浆稠化时间随 GWH-1 加量的增加而延长，呈良好的线性关系。从图 3 可知，在缓凝剂加量相同条件下，水泥浆的稠化时间随温度升高而缩短，与温度呈良好线性关系，说明了 GWH-1 具有良好的高温调凝性。
2.4 GWH-1水泥浆的高温稳定性能
通过优化聚合物分子结构，GWH-1 对水泥浆高温稳定性影响较小。含 GWH-1 缓凝剂和缓凝剂R（一种聚合物类缓凝剂）的水泥浆，在 150 ℃下养护，BP 沉降稳定性对比结果见表 3。由表 3 可知，含 GWH-1 的水泥石上下密度差为 0.014 5 g/cm 3 ，而含缓凝剂 R 的水泥石上下密度差为 0.068 2 g/cm 3 。说明 GWH-1 的高温分散性弱，对水泥浆高温稳定性影响较小，满足高温固井对水泥浆稳定性的要求。
2.5 大温差下GWH-1水泥石强度的发展情况水泥浆一次上返至预定位置后， GWH-1 可适用于不同密度的水泥浆体系，且在相应井底静止温度下养护 24 h 后，水泥石的抗压强度均大于 14 MPa ；130 ℃低密度水泥浆在 30 ℃下养护 72 h 后，水泥石抗压强度大于 3.5MPa ；160 ℃常规水泥浆在 30 ℃下养护 72 h 后，抗压强度大于 7.5 MPa ；120 ℃高密度水泥浆在 30 ℃下养护 48 h 后，抗压强度大于 3.5 MPa，且 96 h 后达到 16.8 MPa。
综上所述，说明了 GWH-1 对水泥石强度影响较小，从宏观上说明了聚合物缓凝剂分子结构的优越性和引入可聚合阳离子单体的必要性。GWH-1适用于密度为 1.3～2.3 g/cm 3 的水泥浆，能满足温差为 50～120 ℃的长封固段固井作业。
3 现场应用
GWH-1 在油田已成功应用 2 井次，分别为 HA1501 井和 A 井。下面以 A 井为例介绍其应用情况。该井为开发评价井，井底静止温度为 138 ℃，循环温度为 115 ℃。设计采用密度为 1.30g/cm 3 的低密度水泥浆配合密度为 1.88 g/cm 3 的常规密度水泥浆，单级全封固井工艺，但由于下套管过程中发生井漏，被迫采用正注反挤工艺。该井固井难点是封固段长为 6 856 m、温差大、地层易漏等。采用了以 GWH-1 为主的水泥浆，A 井固井顺利，由于存在漏层，水泥浆并未返至井口，但测井结果表明水泥浆封固段固井质量优良。1.30 g/cm 3 低密度水泥浆配方（1 # ）和 1.88 g/cm 3常规密度水泥浆（2 # ）。
4 结论
通过合理分子结构设计，研制了新型高温缓凝剂 GWH-1，其耐温可达 200 ℃，抗盐达饱和 ；高温分散性弱 ；加量、温度与水泥浆稠化时间呈良好的线性关系 ；大温差条件下水泥石强度发展迅速 ；不同密度 GWH-1 水泥浆具有良好的综合性能，可满足大温差的长封固段固井需求。HA1501 井和 A 井的现场应用结果表明，含 GWH-1 的水泥浆具有良好的高温调凝性能，顶部强度发展快，可满足深井超深井固井对高温缓凝剂的需求。
参考文献：
[1]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（5）：611-615.
关键词：深井长封固段固井；缓凝剂；水泥浆；适用范围
1 实验部分
针对深井、超深井长封固段大温差水泥浆柱顶部强度发展缓慢的问题，通过自由基水溶液聚合方法，研制了新型聚合物类高温缓凝剂 GWH-1，并对其性能进行了评价。结果表明：GWH-1 耐温可达 200 ℃，抗盐可达饱和；通过调整 GWH-1 加量，能调节水泥浆的稠化时间；经 130 ℃养护后低密度水泥浆（1.30 g/cm 3）的稠化时间为 386min，在 30℃下养护 72 h 后的抗压强度大于 3.5 MPa ；高温水泥浆无游离液且水泥石上下密度差小于 0.02 g/cm 3 ；水泥浆综合性能良好，解决了长封固段大温差固井水泥浆顶部超缓凝难题。GWH-1在油田A井等進行了应用，封固段固井质量优良。对深井长封固段提高固井质量、简化井身结构及节约钻井成本等具有重要意义。
2 结果与讨论
2.1 GWH-1的耐温性能。对 GWH-1 进行了 200 ℃热处理，考察其不同加量下水泥浆在不同温度下的稠化性能。经热处理后的 GWH-1 在 70～200 ℃范围内可调节水泥浆的稠化时间 ；在 130～200 ℃范围内，缓凝剂加量并未因温度升高而大幅度增大，且低温下水泥浆稠化时间对 GWH-1 加量不敏感。其配方为 ：胜潍 G 级水泥 +30% 硅粉 +3%DRF-120L+5%微硅 +GWH-1+0.5%DRS-1S+DRK-3S+52%水
2.2 GWH-1的抗盐性能
在 130 ℃下考察不同加量的 GWH-1 在不同盐含量下，对水泥浆稠化性能的影响，结果见表 2。相同盐含量下，盐水水泥浆稠化时间随GWH-1 加量的增加而延长 ；盐含量对 GWH-1 水泥浆的稠化性能影响较小 ；含盐量为 8% 时水泥浆稠化时间和淡水水泥浆基本一致 ；随着盐含量增加，水泥浆稠化时间将不同程度地延长，但无明显缩短或超缓凝现象。这可能是盐溶液是一种强电质，其氯离子包覆在水泥颗粒表面，部分屏蔽水和水泥颗粒的接触，从而使水泥浆稠化时间变长。
2.3 GWH-1的调凝性能
在 120 ℃下不同密度水泥浆稠化时间与 GWH-1加量的关系见图 2。在 GWH-1 加量为 2%时，不同密度水泥浆的稠化时间与实验温度关系见图 3。
从图 2 可知，同一温度下，不同密度的水泥浆稠化时间随 GWH-1 加量的增加而延长，呈良好的线性关系。从图 3 可知，在缓凝剂加量相同条件下，水泥浆的稠化时间随温度升高而缩短，与温度呈良好线性关系，说明了 GWH-1 具有良好的高温调凝性。
2.4 GWH-1水泥浆的高温稳定性能
通过优化聚合物分子结构，GWH-1 对水泥浆高温稳定性影响较小。含 GWH-1 缓凝剂和缓凝剂R（一种聚合物类缓凝剂）的水泥浆，在 150 ℃下养护，BP 沉降稳定性对比结果见表 3。由表 3 可知，含 GWH-1 的水泥石上下密度差为 0.014 5 g/cm 3 ，而含缓凝剂 R 的水泥石上下密度差为 0.068 2 g/cm 3 。说明 GWH-1 的高温分散性弱，对水泥浆高温稳定性影响较小，满足高温固井对水泥浆稳定性的要求。
2.5 大温差下GWH-1水泥石强度的发展情况水泥浆一次上返至预定位置后， GWH-1 可适用于不同密度的水泥浆体系，且在相应井底静止温度下养护 24 h 后，水泥石的抗压强度均大于 14 MPa ；130 ℃低密度水泥浆在 30 ℃下养护 72 h 后，水泥石抗压强度大于 3.5MPa ；160 ℃常规水泥浆在 30 ℃下养护 72 h 后，抗压强度大于 7.5 MPa ；120 ℃高密度水泥浆在 30 ℃下养护 48 h 后，抗压强度大于 3.5 MPa，且 96 h 后达到 16.8 MPa。
综上所述，说明了 GWH-1 对水泥石强度影响较小，从宏观上说明了聚合物缓凝剂分子结构的优越性和引入可聚合阳离子单体的必要性。GWH-1适用于密度为 1.3～2.3 g/cm 3 的水泥浆，能满足温差为 50～120 ℃的长封固段固井作业。
3 现场应用
GWH-1 在油田已成功应用 2 井次，分别为 HA1501 井和 A 井。下面以 A 井为例介绍其应用情况。该井为开发评价井，井底静止温度为 138 ℃，循环温度为 115 ℃。设计采用密度为 1.30g/cm 3 的低密度水泥浆配合密度为 1.88 g/cm 3 的常规密度水泥浆，单级全封固井工艺，但由于下套管过程中发生井漏，被迫采用正注反挤工艺。该井固井难点是封固段长为 6 856 m、温差大、地层易漏等。采用了以 GWH-1 为主的水泥浆，A 井固井顺利，由于存在漏层，水泥浆并未返至井口，但测井结果表明水泥浆封固段固井质量优良。1.30 g/cm 3 低密度水泥浆配方（1 # ）和 1.88 g/cm 3常规密度水泥浆（2 # ）。
4 结论
通过合理分子结构设计，研制了新型高温缓凝剂 GWH-1，其耐温可达 200 ℃，抗盐达饱和 ；高温分散性弱 ；加量、温度与水泥浆稠化时间呈良好的线性关系 ；大温差条件下水泥石强度发展迅速 ；不同密度 GWH-1 水泥浆具有良好的综合性能，可满足大温差的长封固段固井需求。HA1501 井和 A 井的现场应用结果表明，含 GWH-1 的水泥浆具有良好的高温调凝性能，顶部强度发展快，可满足深井超深井固井对高温缓凝剂的需求。
参考文献：
[1]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（5）：611-615.