深井固井水泥浆凝固阶段的传压效率时变规律

随着油气井向深层超深层发展,地质条件愈加复杂,开采难度越来越大,尤其是高温高压、窄压力窗口地层是固井工程面临的突出难题。深层超深层压力敏感地层固井过程中,精确控制水泥浆柱压力是保障固井安全与水泥环层间封隔质量的关键。为探究凝固阶段水泥浆的失重规律和传压能力,建立了固井水泥浆静液柱压力评价装置和水泥浆传压效率评价方法,结合微量热仪和超声波静胶凝强度仪,测试了水泥浆水化过程不同厚度水泥浆的水化速率和静胶凝强度,最后分析了水泥浆失重和传压效率的时变规律。研究结果表明:①沉降稳定性良好的水泥浆体系,凝固阶段可根据其水化进程将失重分为水化诱导期的平稳阶段和水化加速期的快速降低阶段;②在水化诱导期内,悬浮分散结构的水泥浆静胶凝强度缓慢发展,其失重速率随厚度降低而加快,遵循胶凝悬挂理论,且该阶段液态水泥浆可高效、快速传递顶部压力,传压效率超过95%;③在水化加速期内,水泥浆变为凝胶网架结构,水化产物增强凝胶网架的强度及其与外界面胶结强度,转移固相重力和上部加压值至外界面,降低水泥浆静液柱压力和传压效率,最终使水泥浆丧失传压能力。结论认为,该规律认识可为压力敏感地层固井憋压候凝工艺的高效实施提供实验和理论支撑,为深层超深层油气的高效开发奠定坚实基础。