特种油井水泥及应用

第一节 概  述

为了适应井下条件的特殊需要，用符合标准的水泥加一些充填材料而配成的水泥就属于特种水泥。特种油井水泥的种类直接取决于掺入外掺料和外加剂的用途，并且随着外掺料和外加剂的发展而发展，其种类多种多样也较为繁杂 没有相对明确的界限。从应用角度大致可以分为超细油井水泥、膨胀油井水泥 、触变油井水泥、高寒地区油井水泥、抗腐蚀油井水泥、抗高温油井水泥 、纤维油井水泥、 提高胶结强度的油井水泥、选择性渗透油井水泥等。其中的任何一种油井水泥都有自身的特性，用于解决在某一方面具有特殊要求的井况 ,其性能更主要的是依赖于掺入的外掺料和外加剂的种类和性能。在应用时往往并不是在水泥厂混合制得， 更为常见的是在现场根据需要，由基本油井水泥、外掺料和外加剂按比例混合配成。下面就介绍几种特种水泥及在油田修井中的应用。

第二节 超细水泥

超细水泥是颗粒更加细化了的油井水泥，粒径为10μm左右。A级超细水泥通过0. 25rnrn窄小缝隙的通过量达到94. 6%，而普通C级.H级的油井水泥的通过量仅为15%左右。细化了的油井水泥，其水化速度明显加快，析水量大大减少，抗压强度提高1倍，抗折强度提高1倍，结石的抗渗性提高14倍。此外，由于比表面积增大，水化程度提高，使水泥的利用率成倍提高。实践证明，超细水泥能坚固、持久地封堵套管外窜槽，封堵套管缝洞泄漏，封堵射孔孔眼，封堵井间大孔道蒸汽窜、水窜封堵边、底水推进、施工有效率达90%以上。

一、超细水泥室内研究

超细水泥是经再次粉碎细化了的油井水泥，细化后，其物理性能得到了改善和提高。

1. 1粒径及比表面积分析

目前，己经生产出的超细水泥产品，其粒径指标达到了国外同类产品的水平。表2-1是超细水泥与普通油井水泥的粒径分析对比和比表面积分析对比表。从表中可见，超细水泥的最大粒径为20-35μm,普通水泥的最大粒径为90μm;超细水泥中有90%以上的颗粒粒径小于10. 5-21. 4μm，而普通水泥有50%的粒径大于21μm;超细水泥的比表面积是普通水泥的2-3倍。

表2.1.1超细水泥与普通水泥粒径和比表面积对比

水泥类型	超细SPSC-A	超细SPSC-B	普通G级水泥
粒径分析	最大粒径≤20μm	最大粒径≤35μm	最大粒径≤90μm
	90%以上的粒径≤10.5μm	90%以上的粒径≤21.4μm	90%以上的粒径≤53μm
	50%以上的粒径≤6.0μm	50%以上的粒径≤10.2μm	50%以上的粒径≤21μm
	10%以上的粒径≤3.2μm	10%以上的粒径≤4.2μm
比表面积	9000cm2/g	6500cm2/g	3300cm2/g

1. 2水化速度

以常用的G级油井水泥为例，不同的粒径，其水化速度是不同的。粒径小于l0μm，其水化速度最快;粒径为11-30μm，水化速度中等;粒径为60- 90μm，水化速度缓慢;当粒径大于90μm时，只在表面水化。超细水泥的粒径绝大部分在10-20μm,所以水化速度也最快。

1. 3水泥利用率

由于水泥的粒径越小，比表面积和水化程度就越大，从而使水泥利用率也越高。据测定，当比表面积为3000 cm2/g时，水泥利用率为44%;比表面积为7000cm2/g时，利用率为800%;比表面积10000cm2/g时，利用率为90%-95 %。超细水泥的利用率比普通水泥约高1倍。

1. 4通过窄缝的能力

在同样的条件下，压力0. 63M Pa,缝宽0. 25mm,室温23. 90℃，比较超细水泥浆和普通油井水泥浆通过窄缝的能力，室内试验结果见表3.1.2。从表3.1.2可见，超细水泥的A级和B级产品，通过0. 25mm窄缝的体积分别为95%左右和50%左右，而普通G级、H级水泥通过的体积只有15%左右。这说明，水泥粒径越小，越易进入微细缝孔，提高封堵效果。

 

表3.1.2水泥浆通过0. 25mm窄缝的能力对比

样品号	水泥型号	添加剂	水泥浆体积 cm3	通过的体积 Cm3	通过百分比		通过前后密度
					体积 %	重量 %
							g/ cm3	g/ cm3
1	SPSC-B		135	103	76	82.0	1.38	1.33
2	SPSC-B		137	73	53	52.6	1.50	1.44
3	SPSC-B	2%低滤失剂	140	60	43	43.6	1.44	1.43
4	SPSC-A		140	134	96	93.6	1.44	1.43
5	SPSC-A	1%分散剂	140	138	99	97.4	1.44	1.44
6	SPSC-A	1%分散剂	140	137	98	96.7	1.44	1.43
7	G级		140	23	16	16.3	1.89	1.84
8	H级		140	19	14	12.2	1.96	1.92

用同样的试验方法，对0. 15mm的窄缝作通过能力试验，结果，超细水泥的A级产品的通过量达90%以上，B级产品的通过量为40%左右，而普通水泥H级的通过量为0。

1. 5水泥结石强度测定

水泥结石强度的测定,试验条件为常温、常压、凝固时间分别为3d,7d,18d，试验结果见表3.1.3。超细水泥的抗压强度和抗折强度均比普通水泥高1倍。

表3.1.3水泥结石的抗压、抗折强度的试验结果

样品	水灰比	抗压强度MPa			抗折强度MPa
		3d	7d	18d	3d	7d	18d
超细水泥A级	0.7	14.0	18.7	23.6	3.0	3.4	3.9
普通水泥G级	0.7	6.9	9.6	11.2	1.4	1.7	2.0

1. 6水泥结石的抗渗性能测定

水泥结石的抗渗性能测定,试验样品是常温常压下凝固72h的相同尺寸的水泥结石，试验结果见表3.1.4。由表3.1.4可见，A级超细水泥具有优良的抗渗性能，其渗水压力是普通G级水泥的15倍。分析其原因是由于超细水泥颗粒小，水泥颗粒与水的接触面大，提高了水化程度，使水泥结石内部的极小空隙变为不连通，从而大大提高了结石的抗渗性能。

表3.1.4相同水灰比的几种水泥结石抗渗性能

试样	水灰比	渗透压力MPa
A级超细水泥	0.70	＞1.52
普通水泥	0.70	＞1.48
普通G级水泥	0.70	﹤0.10

二、封堵技术原理

普通油井水泥的颗粒90%以上大于53μm，相当一部分大于90μm,所以极难进入微小缝孔。超细水泥的最大粒径为20μm,目50%以上的粒径小于6μm，它能够进入0. 15mm以上的微细缝孔，从而达到封堵的目的。此外，油井水泥还具有遇油不凝固的特性，所以它还具有选择性堵水的功能。

三、超细水泥封堵应用范围及典型井例

3. 1封堵已窜通的薄夹层

封堵窜通薄夹层的方法是:补射夹层上部或下部的水层，挤入超细水泥浆，封死夹层的窜通通道。

已窜的薄夹层窜在以下问题：当固井水泥环本身与套管接触的第一界面，或与地层接触的第一界面存在缝隙，油层套管的某一段存在微缝孔，分层开采油气井的某一段严重水淹失去开采价值，最有效的方法是挤入油井水泥进行永久性封堵。普通油井水泥的颗粒90%以上大于53μm，相当一部分大于90μm,所以极难进入微小缝孔。超细水泥的最大粒径为20μm,且50%以上的粒径小于6μm，它能够进入0. 15mm以上的微细缝孔，从而达到封堵的目的。另外，另外因夹层较薄对与后期的施工中，油水层之间的薄夹层抵抗不住射孔振动或层间压力差作用而窜通，特别室压裂施工中产生的较大压差。但超细水泥的抗压强度和抗折强度均比普通水泥高1倍。这就大大提高了薄层间抗压差的能力，大大提高了薄夹层抵抗射孔振动或层间压力差作用而的能力。

如某1井，该井为注汽热采井，原射开生产井段为844.0-862. 0m，下部水层为871. 6- 899. 8m。第一周期注汽1853t，产油227t，产水3678m3;第二周期注汽2105t，产油6t,产水1794 m3。分析为夹层862-871. 6m间窜通。采用油基超细水泥封窜后，1997年8月4日

注汽后开井，日产液63吨，日产油16. 7吨，含水74%，一切正常生产。

3. 2封堵蒸汽吞吐井大孔道，调整注汽产液剖面

注蒸汽吞吐开采稠油油藏。由于地层非均质性严重，注入蒸汽沿高渗带突进，严重波及邻井。生产时注入的汽化水又沿高渗带返排冲刷，周而复始，更加重了汽窜的严重程度。

在施工中，使用超细水泥堵剂，泵送至油层，在多层自然选择的过程中，堵剂优先进入高渗透层或高含水区。在地层温度的作用下，形成高强度的耐高温固化物，封堵大孔道，使注入水和注入蒸汽由高渗透层转向中、低渗透层，提高注入水和注入蒸汽的扫油面积，降低油井含水，提高采收率。

这主要是由于在同样的条件下，压力0. 63M Pa,缝宽0. 25mm,室温23. 90℃，比较超细水泥浆和普通油井水泥浆通过窄缝的能力水泥粒径越小，越易进入微细缝孔，提高封堵效果，当然那对于高渗透层与低渗透层，超细水泥优先选择进入高渗透层进行封堵，再转入低渗透层，另一方面以常用的G级油井水泥为例，不同的粒径，其水化速度是不同的。粒径小于l0μm，其水化速度最快;粒径为11-30μm，水化速度中等;粒径为60- 90μm，水化速度缓慢;当粒径大于90μm时，只在表面水化。超细水泥的粒径绝大部分在10-20μm,所以水化速度也最快，在目的层能快速凝结硬化，且在注蒸汽井压力条件下，强度仍很稳定。这就有效降低了生产时注入的汽化水又沿高渗带返排冲刷。

某2是具有活跃边底水的厚层块状稠油油藏，1984年采用蒸汽吞吐方式开采，目前进入高轮次吞吐阶段。由于地层压力下降，边底水侵入加剧，吞吐效果变差，综合含水85. 50%，采出程度14. 25%，年油汽比0. 31，接近该方式采油的经济极限。水淹是影响开发效果的主要原因。

3. 3封堵套管微缝与丝扣泄漏

细水泥的封堵微缝和丝扣泄漏原理是其浆体呈奶油状，在整个施工过程中一直保持低稠度状态;水泥颗粒粒径小.具有较强的穿透能力和渗透能力。在足够长稠化时间内，处理半径比普通油井水泥大得多，超细水泥具有优良的抗渗性能，其渗水压力是普通G级水泥的15倍。分析其原因是由于超细水泥颗粒小，水泥颗粒与水的接触面大，提高了水化程度，使水泥结石内部的极小空隙变为不连通，从而大大提高了结石的抗渗性能。

某3井在超细水泥封堵前，10个油层和油水同层全部射开，射开砂层厚34. 8m, 1994年4月，含水高达100%而关井。1995年3月，对该井进行全段单封验窜及高压挤注超细水泥作业。

   该井在验窜中发现油层以上生产套管漏失。先用超细水泥封死漏点后，又全部封堵已射开井段，然后进行C/ O测井，发现原射开井段中剩余1层显示好。射开潜力层,开井，日产液66m3/ d，日产油37. 5t/ d，含水42. 8% 。

3. 4在试油井永久性封堵已射开的上部水层，下返采油

   超细水泥粒度小，稳定性高，抗渗透能力强，塑性粘度及动

切力低，抗压强度高，有效期长等一系列有点确定了它永久性封堵已射开层及报废油层的作业，有效降低后期因其他原因导致封堵层窜，漏，开等原因。

 某4井，3次应用超细水泥封堵试油中发现的出水层。堵后验证达到目的，很好地堵住了上部水层。钻塞冲砂后生产最下部的两个小层，井段为1945. 0-2019. 6m, 4层7. 4m，日产油11. 2t，日产水

1. 7 m3，含水13.2%。

 

四、结论

(1)超细水泥的粒径为l0μm左右，比普通油井水泥53μm左右的粒径小得多。超细水泥通过0. 25mm窄缝的通过量达95%左右，而普通水泥的通过量只有15%左右。

( 2)超细水泥具有比表面积大，水化速度快，水化程度高等特点，水泥利用率比普通水泥约高1倍。

( 3)水灰比同为2:  1时，A级超细水泥浆比普通水泥浆的析水率低1倍;超细水泥结石比普通水泥结石的抗压强度和抗折强度高1倍，抗渗性高14倍。

( 4)从典型井例可以看出，用超细水泥进行封堵或调剖，有效期长，成功率高，增油降水效果好，可以大面积推广应用。

第三节  选择性渗透性水泥

选择性渗透水泥石不仅具有选择渗透性，而且具有选择相渗透性，它主要由水、水泥颗粒、增孔剂颖粒、连通剂和相渗剂等添加剂组成，增孔剂主要作用是增加水泥石的空隙度，连通剂主要作用是连通增孔剂、水泥颗粒之间的空隙，相渗剂主要作用是增加体系的相渗能力。选择性渗透水泥浆具有强的触变性，使水泥浆进入地层裂缝和孔隙中后，由于形成较大胶凝强度，阻止水泥浆的流动，减小漏失深度；该体系固相含量高，固相颗粒粒径分布范围宽，使其在较大裂缝和孔隙中多颗粒架桥的概率增大，封堵性增强;水泥石抗压强度较高，能满足某些特殊井固井、油井堵水、产层堵漏、油层防砂工艺的要求;水泥石具有很好的堵水输油性能，无论是单相渗流，还是两相同时渗流，油相的渗透性均好于水相的渗透性。

一、选择性渗透水泥室内研究

按照行业标准测量选择性渗透水泥浆密度、抗压强度、静态失水量、稠化时间、析水量、相对渗透率。渗透率测定方法为:将样品从增压养护釜中取出后，装人高温高压岩心流动实验仪中加温加压，测

量同一配方两个样品的渗透率，一个样品先用煤油驱替，然后用水驱替，另一个样品先用水驱替，然后用煤油驱替，测定每个过程的流量和压力值，代入达西公式，计算出各自的渗透率。测定完渗透率后，测定两个样品的相对渗透率，并绘制相对渗透率曲线。

1. 1选择性渗透水泥浆性能

选择性渗透水泥浆性能择性渗透水泥浆具有强的触变性，使水泥浆进人地层裂缝和孔隙后，由于流动空间减小，水泥浆中固体颗粒与孔隙壁面的碰撞次数增加，流速减慢，水泥浆形成较大胶凝强度，阻止水泥浆的流动，减小漏失深度。选择性渗透水泥浆的固相含量高，固相颗粒粒径分布范围宽，使其在较大裂缝和孔隙中多颗粒架桥的概率增大，封堵性增强。选择性渗透水泥石抗压强度较高，能满足某些特殊井固井、油井堵水、产层堵漏、油层防砂工艺的要求。

1. 2渗透性与选择性渗透性能

用同一配方不同样品的油、水渗透率比值表示水泥石选择性渗透性能大小，比值大，该性能强，反之则弱。见表3.3.1。选择性渗透水泥石油、水两相同时渗透时的相对渗透率曲线见图1-图3。由表2-5和图1-图3可以看出，选择性渗透水泥石具有很好的堵水输油性能，无论是单相渗流，还是两相同时渗流，油相的渗透性均好于水相的渗透性。选择性渗透水泥石的这一特殊性能使其在产层堵漏、油层防砂、油井堵水、欠平衡钻进井眼中固井有很大的应用潜力。例如:选择性渗透水泥浆在防漏、堵漏、堵水的工程应用中，不仅具有很强的封堵性能和较高的强度，而且堵漏层和堵水层既能堵水又能输油。

表3.3.1水泥基本配方

1、水泥灰十20%硅粉 20%增孔剂(0. 154-0. 280 mm)十20%连通剂十0.5%相渗剂 水

2、水泥灰 25%增孔剂(0. 280-0. 450 mm) 25%连通剂十0. 6%相渗剂十水

 3、水泥灰 35%硅粉 15%增孔剂((0. 154-0. 280 mm)十20%连通剂 0. 5%相渗剂十水

表3.3.1选择性渗透水泥石渗透性和选择性渗透性能

配方	先油	先水	后油	后水	先油渗透率 先水渗透率	后油渗透率后水渗透率	先油渗透率后油渗透率	后油渗透率 先油渗透率
	渗透率	渗透率	渗透率	渗透率
	10-3μm	10-3μm	10-3μm	10-3μm
1	289.15	15.63	265.18	20.06	18.5	13.11	14.41	16.97
2	93.82	17.5	89.50	18.52	5.36	4.84	5.07	5.11
3	155.59	12.77	136.15	14.11	12.18	9.65	11.03	10.66

 

 

图1油水相对渗透率曲线        图3油水相对渗透率曲线

 

 

图2油水相对渗透率曲线

二、选择性渗透水泥作用机理

①有较强的堵漏作用。在流动压差作用下，选择性渗透水泥浆中的固体颗粒桥堵地层裂缝和孔隙，形成屏蔽保护层，防止水泥浆漏失，保护油气层;选择性渗透水泥浆滤失液体在高碱、高温和相渗剂的作用下发生乳化，增加流动阻力，减小滤失深度和对油层的污染。②有较好的可渗透作用。选择性渗透水泥石的渗透性是可以转化的，原本不渗透的或者渗透性很低的选择性渗透水泥石，经过某种处理后，可以转化成渗透的或者渗透性很强的多孔介质。③堵水和输油作用。这种多孔介质对油相渗透性好，对水相渗透性差，因此在油水混采时，选择性渗透水泥石具有较好的堵水输油作用。④密度和渗透性的可调节作用。改变选择性渗透水泥浆中的固相和液相组成，可以调节其密度;调整选择性渗透水泥浆中的固相组成颗粒以及颗粒的级配关系，可以获得不同选择性渗透水泥石，以满足不同工程的需要。

三、选择性渗透水泥封堵应用范围

3.1产层堵漏

产层堵漏时，由于很难清楚判断堵漏层位及漏失层形态、结构，容易出现产层和漏失层同时被堵死，或者严重污染产层的情况。水泥浆流过孔洞或裂缝的能力，很大程度上取决于它的稠度和水泥中颗粒的级配关系。选择性渗透水泥浆通过调整体系中颗粒的级配关系，易于桥堵孔洞、裂缝，实现堵漏;而在油气开采过程中，这些堵塞的水泥石经过某种处理，又能够为油气流动提供通道。

3.2油井防砂

无论是机械防砂还是化学防砂，都难以防治油水同层或者油水互层的油井砂害，尤其是油水合采时，防砂难度更大。减少出砂油层的产水量是防止油层出砂和提高油井防砂开采寿命的根本措施之一。因此需研制一种有一定颗粒级配关系和由多种成分组成的水泥浆体系，其固化体不仅能够堵水，而且能够输油，同时还能够防砂。

四、结论

1.选择性渗透水泥浆是一种特殊的水泥浆体系。它的组成特点，使其有益于在产层堵漏和欠平衡钻井后的固井施工中减少污染，保护油层。

2.选择性渗透水泥石的选择性渗透性能，使其在高含水油井的堵水开采防砂施工中，具有输油堵水挡砂的作用。

第四节  纤维韧性水泥

该水泥浆含有纤维质，在漏失地层中，纤维形成一种惰性纤维网状物，从而使循环恢复正常。在设计上对纤维尺寸进行了优选，用于封堵漏失层；通过纤维与水泥浆混合，常规的水泥浆体系转变成了堵漏体系。纤维添加到水泥浆中，在井底的裂缝处形成席状桥堵，有助于产生所需的滤饼。而目这些纤维的采用对地层无损害。

一、纤维水泥体系室内实验研究

    1. 实验材料

G级中抗硫油井水泥、纤维外加剂、降失水剂THJS-1、减阻剂THJZ-1及消泡剂。其中纤维加量为0.15-0.20%。

    2. 实验方法

(1) 水泥浆工程性能按照API 标准进行。

(2) 抗折强度：将配好的浆体倒入1cm×1cm×6cm的模型中，置于50℃(80℃)水浴中养护24h和48h后脱模，在冷水中冷却至室温，然后利用KZY-30型电动抗折仪测试抗折强度。

(3) 抗冲击功强度：将配好的浆体倒入1cm×1cm×6cm的模型中，置于50℃(80℃)水浴中养护24h、48h和7天后脱模，在冷水中冷却至室温，然后利用XCJ-40型冲击试验机测试净浆水泥石和试样浆水泥石的冲击功。

    (4) 防漏性能评价：用DL 型堵漏材料仪进行动态孔缝堵漏评价，缝孔板尺寸为1 mm。

3. 实验结果

    3.1工程性能

水泥浆的稠化性能、滤失量、流变性及析水率是非常重要的技术指标，与油气井固井作业的安全及封固质量密切相关[7]。纤维特种外加剂具有较好的配伍性，与常用水泥浆外加剂配制成纤维水泥浆体系的工程性能见表1。

表1 纤维水泥体系工程性能

 

配方      密度        析水率    API失水    稠化时间     抗压强度        流变参数

         g/cm3          %      mL       20 MPa    （80℃/24h）      n      K

min           MPa               Pa.sn

1        1.85           0      42       176/65℃       20.62       0.479   0.553

2        1.85           0      42       187/65℃       20.08       0.512   0.775

3        1.85           0      42       182/65℃       20.56       0.508   0.772

体系的稠化性能见图1、图2。

图1 纤维长度对水泥浆稠化性能的影响

 

 

图2纤维长度对水泥浆稠化性能的影响

 

 

图2 纤维加量对水泥浆稠化性能的影响

3.2 抗折强度

增韧防漏水泥浆体系水泥石抗折强度(增量)测试数据见表2。

表2 纤维水泥浆水泥抗折强度增量

  样品                                 抗折增量 %

              50℃             50℃              80℃             80℃

                24h              48h               24h              48h

1           16.16             21.42             23.94            19.87

2           25.38             29.79             27.30            22.40

   3           18.76             22.34             22.17            22.45

3.3抗冲击功

增韧防漏水泥浆体系水泥石抗冲击功(增量)测试数据见表3。

表3 纤维水泥浆水泥试样的冲击功增量

样品                       冲击功增量 %

                  50℃                          80℃

            24h      48h       7d        24h       48h        7d

1     74.97     50.64     20.31      40.15      45.88      20.07

     2     87.91     58.89     36.48      43.56      41.13      20.32

 3     85.26     49.88     27.65      42.18      39.86      21.05

3.4抗压强度

当复合材料受压时，在压力方向产生轴向位移的同时，在垂直与压力的方向也产生了径向位移；而纤维的作用就是通过纤维-水泥基体界面应力对复合材料横向变形产生阻挠作用，对于分布在基体中作为加强材料的纤维来说，它是随机分布在基体中的。

3.4.1纤维长度对水泥抗压强度的影响

 

 

 

 

 

图3给出了纤维水泥在纤维掺量为0.15%和0.20%条件下纤维长度对水泥石抗压强度的影响规律。所用的纤维长度虽然不同但直径都是相同的，因此这里得到的纤维长度对水泥石抗压强度的影响规律可以代表纤维长径比对水泥石抗压强度的影响规律。

从图3可以直观地看出纤维长度对水泥石抗压强度的影响。图中的曲线都呈现出先上升后下降的趋势。从而可以得出：随着纤维长径比的增加纤维水泥石的抗压强度有先增大后降低的趋势。

3.4.2纤维加量对纤维水泥抗压强度影响

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图4可以看出，随着纤维加量的增加纤维水泥石的抗压强度有先增加后降低的趋势。

当纤维长径比和纤维加量较小的时候，纤维承担一部分应力的同时并不削弱水泥基体承受的应力，这样纤维的加入起到了积极作用，也就是说纤维的加入增大了水泥石的抗压强度。从而可以得到，纤维长径比和纤维加量较小的情况下，水泥的抗压强度随着纤维长径比和纤维加量的增加而增大。

当纤维长径比和纤维加量较大的时候，纤维承担一部分应力的同时大大削弱了水泥基体承受的应力，这样纤维的加入反而使水泥石的抗压强度有所降低。从而可以得到，纤维长径比和纤维加量较大的情况下，水泥的抗压强度随着纤维长径比和纤维加量的增加而减小。

3.5 堵漏性能评价

模拟不同地层条件,对比纤维水泥浆和净浆的堵漏效果进行评价,实验结果见表4。加入纤维的水泥浆堵漏效果明显, 45 min其承压能力达到5 MPa，而常规水泥浆堵漏效果不理想。

表4 模拟堵塞缝板、孔板试验结果表

模拟堵塞介质

配方                    孔板                  缝板            堵塞效果

                    试验时间/s 漏失量/ml   试验时间/s漏失量/mL

水泥浆(ρ：1.85)           50        2000          57      2000      全部漏失

纤维水泥浆(加0.18%纤维)   33         880          56       760       完全封堵

二、堵漏作用机理

1. 增韧机理

纤维增韧是提高水泥石弹性的有效途径，可以很好地解决水泥脆性大，抗冲击性能差的问题。油井水泥纤维由不同尺寸、形状的有机纤维和无机纤维组成，表面经技术处理提高了亲水性能，在起到增韧作用的同时，克服了一般纤维会影响水泥浆流动性能的难题。使用纤维材料之所以能得到强度、韧性的提高，其原因主要是由于纤维有效地阻滞了基体裂纹扩展。当纤维水泥受到很大的冲击载荷时，水泥基体破碎，但乱向分布的纤维将破碎的水泥基体束缚在一起，从而仍保持完整的结构，这就是油井水泥纤维特种外加剂在强外力作用下能防止水泥环开裂的机理所在。

2.堵漏机理

惰性纤维材料可在快速搅拌作用下均匀分散在水泥浆里，并通过其较为粗糙的表面和塑性作用，在漏失通道中以桥接形式形成网状桥架结构，桥架结构在一定压差下较为稳定；此时水泥颗粒充填在纤维桥架后构成的不规则空间，形成一层层密实的堵漏席网，在压差作用下，随着靠近漏失通道的席网进入通道里面并逐步在漏失层表明堆积，聚集于漏失通道上的纤维水泥浆席网越来越多，越来越密，其塑性强度和稠度也急剧增加，达到很好的封堵效果。

三、纤维韧性渗透水泥封堵应用范围及典型井例

这种水泥适用于: ①适用缝隙发育，渗透率比较高，漏失严重井 。 ②适用于低压、漏失严重的砾石层 

由于纤维的惰性，不会影水泥浆响稠化时间和抗压强度，而且可与各种水泥添加剂配伍，纤维水泥浆的韧性(抗折强度和抗冲击能力)较净浆有较大幅度的提高，克服了水泥基材料自身的缺陷，对低压、漏失地层的封堵具有良好的效果。纤维具有易分散性,不会堵塞水泥车或地面管线。另外，使用这种纤维不会对地层造成污染。在温4井用纤维水泥复合堵剂封堵了三个砾石层(层段为399~400m、499~500m、855~856m)，都取得了成功。

由于地层破裂压力为7MPa，因此堵漏挤注压力控制在5MPa。

第一层(399~400m)封堵：复合堵剂配方：天山G级中抗油井水泥 3%核桃壳 0.15%纤维 0.8%降失水剂 0.3%减阻剂 清水。封堵过程：挤入密度为1.85g/cm3纤维水泥复合堵剂4.7m3，泵压5Mpa，排量110L/min；顶挤清水4.4m3，泵压5Mpa，排量240L/min；关井候凝48h后试压5MPa，稳压30min压力不降，试压合格。

第二层(499~500m)封堵：复合堵剂配方：天山G级中抗油井水泥 3%核桃壳 0.18%纤维 0.8%降失水剂 0.3%减阻剂 清水。封堵过程：挤入密度为1.85g/cm3的水泥浆7.77m3，泵压7MPa，排量100L/min顶替清水1.4m3，关井候凝48h。钻塞后试压5MPa，稳压30min压力不降，试压合格

第三层(855~856m)封堵：该层用与第二层相同的堵剂配方进行封堵。封堵过程：挤入密度为1.85g/cm3的纤维水泥复合堵剂4.7m3，泵压5Mpa，排量110L/min；顶挤清水4.4m3，泵压5Mpa，排量240L/min；关井候凝48h。钻塞后试压5MPa，稳压30min压力不降，试压合格。

四、结论

1. 纤维水泥复合堵剂在温4井堵漏的成功应用，表明该技术可以从钻井、固井领域扩展到修井作业领域。

2. 对于低压、漏失严重的砾石层，纤维水泥复合堵剂可以有效堵漏并能保持较高的承压能力。

3. 纤维水泥复合堵剂综合工程性能优良，失水、流变性、稳定性、稠化性能好，抗压强度较高。

4. 纤维与各种水泥添加剂配伍，通过改善水泥基材料的微观结构提高堵剂的韧性(抗折强度和抗冲击能力)和堵漏能力。