油井注水泥浆体系确定和调整原则

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动、静滤失造成设计性能改变--液相损失,使原设计性 能产生变化,流变性变差,稠化时间缩短,顶替流态改变, 安全可泵性降低;
水泥泥饼致密性变化--液相体积减少引起的回落高度, 进入产层引起的原始渗透率降低;
水泥浆变形-形成进入地层缝隙的水泥浆,影响挤水效果:
核心要求:100——150/30min.7MPa保持必要流变性;
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例:
水泥级别 A` B
C
D
E
F
G
H
水 灰 比 0.46 0.46 0.56 0.38 0.38 0.38 0.44 0.38
密 度 1.88 1.88 1.78 1.98 1.98 1.98 1.90 1.98
体积分数 0.41 0.41 0.362 0.45 0.46 0.46 0.42 0.46
规范 :Specification 公告 :Bulletin 推荐方法 :Recommended Practice
ISO-9001
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水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求
压力资料
由测井方法,试油作业,开发测试,钻井液使用 等获得油井的孔隙压力;
由破压预测、漏失试验、钻井液使用获得的破裂 或漏失压力;
体系确定程序
井场水泥
井场外加剂
井场水
不 满 足
析水要求
核实密度 流变性要求 失水控制要求
满足 稠化时间要求
抗压强度要求
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水泥浆体系性能参数与固井作业关系
体系组成结构
冲洗液+领浆+尾浆+压塞液
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水泥浆体系确定影响因素
水泥浆体系确定
确定计划 目井作体注配 的眼业系替方 要条类基计设 求件型材划计
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水泥浆体系确定的系统工程概念
矿场生产关系







价 测


量 评
续 作






用户控制 (独立)
服务公司 (独立)
独立控制方式很难保证固井质量
测井公司控制 (独立)
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外加剂体系确定基础资料的取得
1、由钻井设计中可知:井身结构、套管柱设计情况、水 泥浆体系性能要求、水泥用量预算、固井工艺及质量要求 等
强度一致性--整体水泥柱的支撑与卸载能力; 内部缺陷--测井声波响应一致性; 核心要求:析水率 ≤1.4% 调整原则:增大液相粘度,增大固相比表面,合理
调整外掺料的粒度级配。
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水泥浆体系性能参数与固井作业关系
失水量
控制过剩自由水--超过25%水泥重量的自由水在水泥 浆中运移引起的相态分离,凝固后的内部缺陷;
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水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求
外加剂与水泥之间的相互作用
相同厂家不同时间生产水泥的C3A含量变化。
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水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求
外加剂与水泥之间的相互作用
相同厂家不同时间生产水泥的SO3含量变化。
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水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求
外加剂与水泥之间的相互作用
相同厂家不同时间生产水泥的比表面变化。
顶替液量(阻流环位置,套管内容积); 施工压力、排量及平衡校核(液体流变性、
顶替流态、排量、压耗、井口压力); 作业时间与设备配置要求及注替顺序; 水泥浆体系配方(外掺料、外加剂、工程性
能参数指标)。
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水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求
确定的依据
API规范(材质要求、试验手段与方法,标 准测试项目)
2.地质条件限制
(岩性、井深、井温、地层压力、孔隙压力、漏失压力、坍塌压力、 地层水气等腐蚀性介质类型、钻井液条件——主要体现在体系选型、 结构和设计条件方面)
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水泥浆体系确定的约束条件
3.工艺条件可行性
井眼几何尺寸、注水泥作业工艺方法、地面施工装备、
配制手段、水泥浆混配条件、方式、密度控制能力、钻 井液特性及处理能力、施工队伍素质、监控与事后评价 技术主要体现在环空流体组成结构和性能要求方面
2
外加剂体系确定的基本要求
体系确定首先要达到固井设计的质量要求,即:
层间隔绝,密封,无窜流 符合返高设计 足够的强度与耐腐蚀能力
满足开 采工艺, 延长生 产寿命 支撑保 护套管 目的
3
பைடு நூலகம்
外加剂体系确定的基本要求
体系确定其次是在一定程度减少固井工程中 的下列质量问题:
1.平衡失控——漏失与窜流 2.置换不彻底,顶替不完全——窜槽 3.腐蚀性体流体侵蚀——应力开裂,热应力崩溃
由钻井液使用、井壁稳定性观察、岩性实验获得 的坍塌压力。
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水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求
温度资料
API规范表及计算公式; 实测完钻,开发井温度及井底温度; 相临井情况; 计算机模拟器。
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水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求
外加剂与水泥之间的相互作用
市售外加剂与油井水泥,一般具有较好的适 应性。但相同级别的油井水泥来说,是有差 异的(见图相同厂家不同时间生产水泥的C3S 含量变化)。
抗压强度
加固套管柱的支撑载荷能力--降低轴向载荷 ,提高径向 承载能力 ;
钻进与射孔时保护套管--高强度与适当韧性吸收振动冲击 能量;
压裂时限制压力区域扩展-- 使压裂能量在环空中损失减 小,提高压裂效能;
测井声波传播速度--高强度,使声波反射能减小,衰减率 大,测井响应好;
核心要求:规定测井时间内,抗压强度≥14MPa 调整原则:准确确定顶界BHCT,合理使用早强剂和缓凝剂。
泵注当量; 地面施工密度控制--好的流变性使配浆更容易; 调整原则:BHCT下无沉降现象,固定剪切速率下粘
度计读值不变。
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水泥浆体系性能参数与固井作业关系
析水率
体系悬浮稳定性--多相不稳定体系中固相受阻沉 降速率 V=2(ρ s-ρ w)g.ds2/9η ——司托克斯公式;
体系均匀程度--上、下密度差,水化反应前后体 积差别;
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外加剂体系确定的基础资料的取得
2、从固井前井场情况调查:包括目前井深情况、井口泥浆出 口温度情况、泥浆体系情况、泥浆流变性情况等。
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水泥浆体系确定的约束条件
1.油藏特性要求
(气、水、油流体性质,裸眼、射孔、筛选完井方式,酸化、压裂、
聚合物驱、注水、热采开发方式的要求,主要体现在尾浆性能要求方 面)




孔漏地 隙失应 压压力 力力特
征 防防防 窜漏套
管 变 形
静 止 温 度 热 稳 定
循 环 温 度 安 全 可 泵
段 长 温 差
侯 凝 时 间 与
安 全再 窗处 口理
能 密力 度顶 与替 浆要 柱求
强结
度构
井 井底 壁净 稳化 定 性流 密变 度性 与可 失调 水范 控围 制
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水泥浆体系确定影响因素
液态
动态平衡 体系稳定性 泵压排量及顶替流态 设计性能波动 安全施工
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水泥浆体系的主要工程性能参数
抗压强度 MPa 渗透率 md
固态
对套管保护能力 耐久性 封隔能力 测井响应
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水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求
确定的内容
设计条件的确定(井温、压力、井眼几何尺 寸);
水泥浆容积计算(返高、段长、充填量、灰 量、水量、造浆率);
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水泥浆体系性能参数与固井作业关系
渗透率
致密率-- 渗流能力(服从达西定律),限制流体通过能 力;
孔隙封闭程度--抗渗透,抗浸湿特性,提高抗腐蚀能力; 核心要求:>1.4MPa,不渗透; 调整原则:降低用水量和总化学收缩量,使用超细堵孔材料。
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水泥浆体系性能参数与固井作业关系
2、由固井设计中可知:基本钻井资料(包括实际的井身
结构、完井方法、下套管前钻井液性能、钻井泵参数、钻
井复杂情况的描述、井身质量等)、地质资料、套管实际
设计情况、
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外加剂体系确定的基础资料的取得
2、由相临井的固井设计中可知:基本钻井资料(包括实 际的井身结构、完井方法、下套管前钻井液性能、钻井泵 参数、钻井复杂情况的描述、井身质量等)、地质资料、 套管实际设计情况、实际水泥用量的计算、水泥浆设计 (包括水泥浆实验、稠化时间曲线、水泥浆与钻井液相溶 性实验情况、水泥浆与前置液相溶性实验情况、前置液与 钻井液相溶性实验情况)等。
油井注水泥浆
体系的确定与调整原则
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目录
一、外加剂体系确定的基本要求———————————3 二、水泥浆体系确定的系统工程概念—————————5 三、外加剂体系确定基础资料的取得—————————6 四、水泥浆体系确定的约束条件———————————9 五、固井作业对水泥浆体系的基本要求————————11 六、水泥浆体系的主要工程性能参数—————————12 七、水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求—————15 八、水泥浆体系性能参数与固井作业关系———————26 九、水泥浆体系确定的影响因素———————————36 十、外加剂的使用原则———————————————45
4.成本限制
外加剂与水泥的费用规定
5.地区矿业开采法规
主要是对剩余配浆液的处理环保要求等
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固井作业对水泥浆体系的基本要求
1.配制与注替过程中,保持可控的流动能力; 2.井下温度、压力条件下,保持足够可泵时间和体系稳定性; 3.静止后快速凝固并保持体积不变; 4.凝固水泥石强度高、致密性好、抗腐蚀性强; 5.有一定塑性、抵抗射孔震动和冲击。
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水泥浆体系性能参数与固井作业关系
密度
地层压力--平衡防漏与防窜; 固化强度--支撑保护套管能力剪切固结强度
(公认标准)增产措施有效程度、水力固结强 度(非标准指标) 致密性--层间隔绝能力≤0.1*10μ m2 外观收缩程度--声波测井胶结指数10cm 用水量与稳定性--固相体积分数 0.35~0.8
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水泥浆体系的主要工程性能参数
1.旧标准:(GB-206-78)
密 度: g/cm3 流 动 度: cm 凝结时间:h:min 初凝 终凝 抗折强度: MPa
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水泥浆体系的主要工程性能参数
2.API规范(API spec.10)
密度:g/cm3 析水率:% 自由水含量 流变性:n k 失水量:ml/30min.7MPa 稠化时间(T.T):h:min
造 浆 率 0.778 0.778 0.878 0.698 0.698 0.698 0.758 0.698
核心要求:体系聚结稳定性浆体体积=凝固体积
调整原则:在规定水灰比下合理加入加重减轻材 料及外加剂
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水泥浆体系性能参数与固井作业关系
流变性
顶替流态要求--达到设计流态下的临界排量; 降低循环压耗--受地层承压能力限制的流动阻力,
单调性与反向异常检验; 配方合理性检验--曲线规整度反映水化特性优劣; 核心要求:初始稠度≤30Bc ,直角稠化时间 ≤40分钟; 调控原则:按套管、尾管挤水泥规程、确定升温速率,BHCT
尽可能接近作业条件,BHP按泥浆压力梯度与压耗梯度总和 计算。
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水泥浆体系性能参数与固井作业关系
调整原则:与减阻剂或非增粘缓凝剂配伍使用,改善颗粒 级配,形成表面护胶膜 ,依靠惰性材料合理级配堵孔, 利用比表面电性吸附自由水。
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水泥浆体系性能参数与固井作业关系
稠化时间
BHCT下可泵性变化--安全可泵时间的长短; 油井水泥质量--净水泥浆基本物理性能是否符合要求; 外加剂影响与可靠性--单独或复配使用加量,浓度范围,
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水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求
外加剂与水泥之间的相互作用
储存时间对水泥活性的影响。
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水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求
混合水对体系性能的影响
固井作业时混合水的影响主要体现在水的矿化度 方面。
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水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求
外加剂资料与使用规则 保持水泥浆的基本物理性能,达到需改善的 性能指标,外加剂间具有良好配伍性; 设计的水灰比下,体系不发生离析与沉降; 初始稠度控制在30BC内; 具有干混/湿混能力,干混在规定储存期内不 失效;湿混易溶于水,不产生气泡,陈化混合液 体对设计性能无明显影响; 有一定加量可控范围,加入量,浓度波动,处 理效能不与设计方向相反; 指明适应水泥级别,成本合理; 对人身环境无毒害,不腐蚀套管; 注意外加剂对温度的敏感性和浓度的拐点等。
选 择
设备选择与施工计划
各部分相 互关连, 影响 设计方案 对最终结 果影响 (好的计 划是成功 前提)的 决定作用
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水泥浆体系确定影响因素
施工计划的科学依据
井眼条件

— — ——
—— — —— ——
—— —— —— ——
岩性井深
压力
温 度 泥浆特性
致完流
密整体敏
性性特感
性性

失诱

水裂 腐

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