水泥浆对油气层的损害因素

固井作业中，在钻井液和水泥浆有效液柱压力与油气层孔隙压力之间产生的压差作用下，水泥浆通过井壁被破坏的泥饼而进入油气层，对油气层产生损害。水泥浆对油气层产生损害的原因可归纳为以下三个方面：

（1）水泥浆中固相颗粒对油气层的损害。固井作业中，不可避免要使用含有大量水泥浆颗粒的水泥浆。水泥浆中粒径为5～30μm的颗粒约占固相总量的15%，而多数砂岩油藏的孔隙直径大于这个数值，因此水泥浆颗粒有可能进入地层，并在孔隙中水化固结堵塞孔隙或喉道，造成油气层的永久堵塞。

目前对这一损害还未取得一致认识，有人认为水泥浆对地层的污染是在钻井液污染地层之后，钻井液已在地层表面和近井壁层形成远比水泥浆滤饼更为致密的内外钻井液泥饼，水泥浆颗粒很难通过这两个屏蔽层进入地层，即使进入地层，其侵入深度也非常有限。根据前苏联的研究表明，水泥浆对地层的损害，其渗透率下降率为50%～60%，污染深度约为2cm，2cm以外的岩心渗透率下降率为0～20%，这说明颗粒损害只发生在近井壁2cm范围，2cm以外几乎不存在颗粒损害，这2cm的损害带完全可以被射孔射穿，可以说对地层损害影响十分有限。

以上论点是以泥饼为前提而提出的，但现代固井技术为了减少前一类损害（环空封固不良引起的油气散失），而采用了优质隔离液、冲洗液、泥饼刷、活动套管等新技术，以求清除外泥饼，提高水泥浆与井壁的胶结强度，这又不可避免地为水泥浆颗粒提供了进入地层的条件，所以水泥浆颗粒对地层的损害仍是一个值得研究的课题。

（2）水泥浆滤液与油气层岩石和流体作用而引起的损害。一般地说，在固井作业中，水泥浆柱的压力要比钻井液柱大，所以井底压差高再加上水泥浆的滤失量比钻井液大数十倍，没有加入降失水剂的水泥浆API失水量可高达1500mL以上。尽管在实际渗透性地层中，水泥浆失水量比按API标准测得的失水量小1／60～1／150（表6－51），但室内试验结果表明，水泥浆滤液仍对油气层产生损害（表6－52），因为水泥与水发生水化反应时在滤液中形成大量的Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、OH－、、等离子，离子会诱发碱敏矿物分散运移，上述离子还可能与地层流体作用形成无机垢，滤液还会发生水锁作用与乳化堵塞，滤液中所含表面活性物质可能使岩石发生润湿反转等，上述这些作用都会使油气层受到损害。

表6－51　水泥浆API标准滤失量与实际岩心测得的滤失量

表6－52　某油田沙河街油层受钻井液与水泥浆的损害情况

注：（1）为有泥饼；（2）为无泥饼；ΔKm、ΔKT、ΔKc分别为钻井液、钻井液与水泥浆、水泥浆引起的渗透率下降率；Kmd为钻井液损害后的渗透液；KT为钻井液与水泥浆共同损害后的渗透率。

（3）水泥浆中无机盐结晶沉淀对油气层的损害。由于水泥浆在水化过程中将游离和溶解出大量的无机物离子，在压差作用下含有大量离子的自由水就会进入地层形成水泥浆滤液，在滤液中有较多的Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、OH－、、。在静止状态下，由于高pH值的存在，这些离子以过饱和状态溶解在滤液中。但进入地层后，在一定条件下，将结晶析出或沉淀出Ca（OH）2、CaSO4、CaCO3，这些结晶物和沉淀物将堵塞孔道，降低油气层渗透率。其污染深度将与水泥浆滤液污染深度接近。但这类问题的研究还很少做过，有待进一步探讨。水泥浆对地层的损害与钻井液相比有如下特点：

1）压差大。在实际固井施工中，一般水泥浆密度大于钻井液密度。且环隙小，施工中产生的流动阻力、剪切速度及压力激动都大于钻井液。这势必为颗粒和滤液进入地层提供了良好的外部条件。

2）固相含量高。对钻井液可用无固相盐水清洁液或其他无固相液体取代传统钻井液。而在固井作业中，水泥浆的水泥颗粒是不能取代的，而且其粒级分布不同，5～30μm的颗粒占15%左右，而大于44μm的颗粒占4．8%左右，这对地层损害会产生不同程度的影响。但由于颗粒直径较大，因此侵入地层深度一般不大。

3）滤失时间短且滤失率高。水泥浆API失水远大于钻井液失水，而且更难以控制，但由于施工时间短，滤失时间有限，反过来限制了水泥浆滤液和颗粒污染的深度。总的说来，在有内外泥饼的情况下，水泥浆对地层的损害以滤液进入地层造成损害为主。

4）滤液离子浓度高。以上谈到的各种离子的浓度积都大于标准的溶解积，也就是说是过饱和的，很可能在地层中结晶沉淀。

5）水泥浆污染处于钻井液污染之后，有内外泥饼，将大大限制水泥浆滤液和颗粒的污染程度。