摘要
在我国青海、新疆等干旱地区，部分矿区现场水为卤水，含盐量较高，水泥堵漏时需要采用盐水配制水泥浆。室内通过对多种水泥外加剂的优选，研制了一套地质钻探堵漏用盐水水泥浆体系，对其常规性能和堵漏性能进行了综合评价。结果表明：该体系具有良好的流动性、降失水性和沉降稳定性；早期抗压、抗折强度更大，终凝时间更短，5%氯化钠对于水泥浆有明显的早强、促凝作用；在30 MPa、45~75 ℃下的稠化时间为110~170 min，浆体稳定，稠化特性良好，可有效封堵1~3 mm的孔板、缝板。盐水水泥浆体系在类似地区的裂缝性地层堵漏作业中将有良好的应用前景。
钻探过程中，由于地层存在天然孔隙、裂缝及溶洞，会发生不同程度的漏失，淡水水泥浆体系被广泛地用于各种堵漏作业
目前，国内盐水水泥浆多用于盐膏层、盐水层固井，对通过盐类提高堵漏效果的研究相对较少。张弛
在国外，Campos
基于此，笔者从控制水泥浆凝结时间、稠化时间和堵漏性能的角度出发，优选抗盐性能优良的外加剂以克服盐的负面影响，研制了一套满足地质钻探裂缝性地层堵漏作业要求的盐水水泥浆体系，以期提高地质钻探工作效率。
氯化钠（NaCl）属于强电解质，它的电解会抑制水泥颗粒在水中的溶解，且含盐的水泥浆一般流动性较
微硅粉是水泥浆中常用的稳定悬浮剂，微硅分散后会形成较为稳定的溶胶，使得水泥颗粒不易发生沉降，优选的微硅粒径集中在1~10 μm，可以起到滚珠、充填、悬浮增强的作用，同时达到紧密堆积的目的。
在水泥浆泵送的过程中，水泥浆的粘度、切力过大或过小都会带来不利的影响，NaCl抑制了水泥的溶解，使得水泥浆粘度偏低，需要加入适量的增粘剂，提高水泥浆的抗离析能力，提高浆液粘度和悬浮稳定性。因此，对几种地质钻探现场常用的增粘剂HV-CMC、PAM、HV-PAC、XC进行测试，结果如
| 增粘剂 | 表观粘度/（mPa·s） | 塑性粘度/（mPa·s） | 动切力/ Pa |
|---|---|---|---|
| 0.3%XC | 44.5 | 24 | 20.5 |
| 0.3%HV-CMC | 33 | 23 | 10 |
| 0.5%PAM | 23 | 14 | 9 |
| 0.5%HV-PAC | 16.5 | 9 | 7.5 |
注： 配方为水+P.O 42.5水泥+5% NaCl，水灰比0.6。
普通的降失水剂多为线性高分子化合物，线性高分子遇盐后会发生卷曲并互相缠绕，无法形成控制失水所要求的网状结构，因此选择抗盐性能好的降失水剂尤为重要。RK-14S是一种新型水溶性聚合物，通过吸附和聚水泥颗粒的双重作用，在水泥浆中形成弱胶联的胶体，可稳定的嵌入泥滤饼，减小孔隙尺寸，有效地通过提高水相粘度和降低滤饼渗透率来降低水泥浆滤失量。
采用聚丙烯纤维（长度6~13 mm）作为主要的堵漏材料，纤维作为惰性材料，加量较少时基本不影响水泥浆的常规性能（如流动性），同时能够提升水泥的抗压、抗折强度，在地层裂缝处可以起到网格化和拉筋作用。同时，采用高固相堵漏材料Strata‑vanguard作为桥塞封堵剂，其颗粒级配丰富（有片状，也有粗颗粒和细颗粒），适用于各种缝宽裂缝的封堵，其外观如
图1 高固相堵漏材料Strata‑vanguard
Fig.1 Strata‑vanguard high solid loading plugging materials
通过复配实验，确定所用水泥浆配方为（相对水的质量分数）：
1号盐水水泥浆：P.O 42.5普通硅酸盐水泥+水+5% NaCl+0.6% SDS+3.3%微硅粉+0.3% XC+2% RK-14S，水灰比为0.6。
2号淡水水泥浆：P.O 42.5普通硅酸盐水泥+水+0.6% SDS+3.3%微硅粉+0.3% XC+2% RK-14S，水灰比为0.6，用于对比。
3号堵漏用盐水水泥浆：P.O 42.5普通硅酸盐水泥+水+5% NaCl+0.6% SDS+3.3%微硅粉+0.3% XC+2% RK-14S+0.3%聚丙烯纤维+3% Strata‑vanguard高固相堵漏材料，水灰比为0.6，用于评价堵漏性能。
笔者通过在青海某地采取卤水样，其矿化度为151.16 g/L，但前期研究发现，直接用其配制卤水水泥浆时，由于矿化度较高、盐类较多（如NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2），水泥浆性能难以调控。室内采用5%NaCl溶液（pH值7）来模拟盐水，此时可起促凝作用，可避免NaCl浓度较高（如超过10%）时对水泥浆的缓凝作用。
1号、2号水泥浆的常规性能如
| 配方编号 | 水泥浆类型 | 密度/（g·c | θ600/θ300/θ200/θ100/θ6/θ3 | FL/mL | 流动度/cm | Δρ/（g·c | 初始稠度/Bc |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 盐水水泥浆 | 1.66 | 193/128/100/87/15/9 | 17.5 | 23.2 | 0.01 | 20 |
| 2 | 淡水水泥浆 | 1.66 | 220/135/109/91/17/10 | 17 | 21.7 | 0.01 | 25 |
注： FL为0.69 MPa下30 min所测滤失量
将配置好的1号、2号水泥浆倒入模具中，在养护箱中25 ℃条件下恒温养护3天、7天，脱模后通过ZCYA-300C型微机控制抗压抗折试验机测得水泥试块的抗压、抗折强度，如
配方 编号 | 水泥浆 | 抗压强度/MPa | 抗折强度/MPa | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 3 d | 7 d | 3 d | 7 d | ||
| 1 | 盐水水泥浆 | 11.74 | 12.81 | 2.31 | 2.75 |
| 2 | 淡水水泥浆 | 8.84 | 10.32 | 1.70 | 2.03 |
在堵漏作业中，由于水泥凝结时间过早导致来不及施工或凝结时间过迟导致施工周期长而影响施工进度的情况屡见不鲜，因此研究水泥浆的凝结时间从而确定合适时间泵入水泥浆具有重要意义。采用维卡法测定1号、2号水泥浆在常温条件下的初凝、终凝时间如
| 序号 | 盐水水泥浆 | 淡水水泥浆 | ||
|---|---|---|---|---|
| 初凝 | 终凝 | 初凝 | 终凝 | |
| 1 | 2h45min | 6h30min | 2h49min | 8h15min |
| 2 | 3h10min | 6h45min | 3h18min | 9h20min |
| 3 | 3h10min | 7h5min | 3h20min | 8h35min |
1号水泥浆的稠化时间通过OWC-9480A型增压稠化仪测得，其在30 MPa、45~75 ℃梯度下的稠化时间如
| 序号 | 温度/℃ | 压力/MPa | 稠化时间/min | 初始稠度/Bc |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 45 | 30 | 161 | 23 |
| 2 | 55 | 30 | 155 | 21.5 |
| 3 | 65 | 30 | 132 | 22 |
| 4 | 75 | 30 | 114 | 23 |
图2 盐水水泥浆在30 MPa、65 ℃下的稠化曲线
Fig.2 Thickening curve of saltwater cement slurry at 30MPa and 65℃
模拟裂缝性地层的漏失，采用静态测试法，通过ZNS-5A型中压堵漏仪评价3号水泥浆对孔板1~3 mm和缝板3 mm的封堵能力，在压力0.69 MPa的条件下，记录15 min内漏失的水泥浆体积，结果如
| 孔板尺寸/mm | 实验压力/MPa | 漏失量/mL |
|---|---|---|
| 1 | 0.69 |
5 4.7 6 |
| 2 | 0.69 |
15.5 16.8 16.3 |
| 3 | 0.69 |
60.3 65 68..7 |
| 孔板尺寸/mm | 实验压力/MPa | 漏失量/mL |
|---|---|---|
| 1 | 0.69 |
2.8 3.5 3.8 |
| 2 | 0.69 |
11 12.3 11.8 |
| 3 | 0.69 |
53.6 55 58.9 |
图3 3 mm孔板的封堵效果
Fig.3 Plugging effect of 3mm orifice plate
图4 干燥后的局部泥饼
Fig.4 Partial dried mud cake
由
（1）研制的水泥浆体系具有良好的流变性、降失水性和沉降稳定性，与相应的淡水水泥浆相比差异不大，易于配制，可满足现场施工泵送要求。同时，本文仅基于5%氯化钠提出盐水水泥浆体系，如在其他地区应用，应对水泥浆体系进行适当调整。
（2）NaCl对于水泥浆有明显的早强、促凝作用，与淡水水泥浆相比，盐水水泥浆早期的抗压、抗折强度更大，终凝时间更短，可提高堵漏效率。
（3）该体系在30 MPa、45~75 ℃下的稠化时间为110~170 min，浆体稳定，稠化特性良好，便于堵漏作业。
（4）该体系可有效封堵1~3 mm的孔板、缝板，这是因为聚丙烯纤维材料具有网格化和拉筋作用，同时高固相堵漏材料Strata‑vanguard级配丰富，这些特点有助于提高水泥浆在较复杂漏失地层中的堵漏作业成功率。
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