高温高压防气窜水泥浆设计

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高温防气窜胶乳水泥浆的室内研究

高温防气窜胶乳水泥浆的室内研究

文 章 编 号 : 0 15 2 ( 0 7 0 —0 7 0 1 0 — 6 0 2 0 ) 6 0 4 —5
高 温 防气 窜胶 乳水 泥 浆 的 室 内研 究
马 永 乾 徐 依 吉 王 槐 平 何 英
( . 国石 油 大学 ( 东 ) 山东 东 营 ;. 科 院 渗 流 流 体 力 学 研 究 所 , 1中 华 , 2中 河北 廊 坊 ) 摘 要 为满 足 高 温 井 固 井对 防气 窜水 泥 的特 殊 要 求 , 制 出 了一 种 高 温 防 气 窜胶 乳 水 泥 浆 体 系 。胶 乳 由苯 乙烯 研 (t、 二烯 ( d 、 乙烯 醇 等制 备 而 成 , 有 稳定 性 好 的特 点 。介 绍 了胶 乳 的 制备 条 件 , 内评 价 并分 析 了胶 乳 的高 s) 丁 B )聚 具 室 温 降失 水 性 能 、 温性 能 以及 胶 乳 水 泥 石 的 性 能 。利 用 美 国 C 耐 HAN L R公 司 75 DE 10型 气 窜模 拟 分 析仪 研 究 了胶乳 水 泥 浆 的 防 气 窜性 能 。通 过 用 XP r P oX射 线衍 射仪 分析 水 泥 石 受 不 同腐 蚀 介 质 腐 蚀 后 的 组分 变化 , 究 了胶 乳 水 e r t 研
乳 。该 方法 所用 的 聚合 时 间较 短 , 成 出 的 聚 合 物 合 胶 乳乳 液 热 稳 定 性 和 机 械 稳 定 性 较 好 。具 体 方 法
按 照 A I 准进 行 。采用 X P r P oX射线 衍射 仪 P标 et r 分 析水泥石受 不同腐蚀介 质腐蚀后 的组分变化 。
为 : 比例称 取一 定量 的 丁二烯 和苯 乙烯单 体 , 体 按 单 与引发 剂分 2次加 入 , 复合 乳 化 剂 可 以 分 2次 以上

高密度防窜水泥浆在油田异常高压区的应用分析

高密度防窜水泥浆在油田异常高压区的应用分析

高密度防窜水泥浆在油田异常高压区的应用分析摘要:油田部分区块的调整井,随着多年的开发,地质条件变得越来越复杂,部分油水井受断层遮挡、注采关系等因素的影响,存在高压区。

异常高压区域压力系数有的达到2.0以上,钻进中易发生油、气、水侵等事故;固井过程中,水泥浆若不能有效压稳地层,则会出现油、气、水窜等现象;或者在水泥浆候凝过程中,地层流体容易侵入环空,很难形成优质完整的水泥环,严重影响了固井质量。

常规密度的水泥浆已经满足不了该区块的应用,通过对高密度防窜水泥浆体系研究,研制的高密度防窜水泥浆各项性能指标均能满足高压油气井固井要求。

关键词:高密度防窜水泥浆体系;异常高压区;性能指标1高密度防窜水泥浆研究1.1外加剂优选1.1.1加重剂优选加重剂的作用是提高水泥浆固相质量,从而提高水泥浆密度。

优选加重剂需要考虑的主要因素:—是加重剂粒度分布与水泥相匹配,颗粒太粗易发生沉降,颗粒太细易增加水泥浆稠度;二是加重剂需水量要少;三是加重剂不与水泥或水发生反应,引发水泥水化异常,且与其它添加剂有良好的配伍性。

综合考虑高密度水泥浆性能和经济原则,室内要配制出密度范围2.10-2.40g/cm3的高密度防窜水泥浆体系时,选用四氧化三铁作为加重剂。

1.1.2降失水剂优选针对高密度水泥浆体系失水量大的问题,采用聚合物胶乳降失水剂。

胶乳水泥浆体系在较宽的温度范围内具有良好的失水控制能力,通过大分子链工具形成交联网络,将水泥浆自由水束缚起来,控制高密度水泥浆体系失水量。

同时,胶粒具有一定的弹性,一部分胶粒通过挤塞、填充于水泥、四氧化三铁及微硅颗粒间的空隙中,降低了水泥石的渗透率;另一方面,胶粒在压差的作用下,在水泥颗粒间聚集成膜,这层覆盖在滤饼表面的膜,阻止气体窜人水泥浆,提高了高密度水泥浆体系的防窜性能。

1.1.3悬浮稳定剂优选为提高水泥浆悬浮稳定性,选用微硅作为悬浮剂,微硅粒径小,比表面积大,用微桂配水泥浆时要适当加大水灰比,使其表面被水充分湿海,均勻分散。

固井环空气窜机理和防窜水泥浆体系及其措施

固井环空气窜机理和防窜水泥浆体系及其措施

2、侵权救济
除了合同救济外,消费者还可以通过侵权救济来维护自己的合法权益。如果 销售商没有履行商品售后服务义务,给消费者造成了损失,消费者可以依据侵权 责任法的规定,要求销售商承担侵权责任。
三、商品售后服务全国联保窜货 免责的法律风险
虽然商品售后服务全国联保窜货免责在一定程度上能够保护消费者的合法权 益,但是也存在一定的法律风险。如果销售商没有履行商品售后服务义务,给消 费者造成了损失,消费者可以依据相关法律法规维护自己的合法权益。此外,如 果销售商没有履行商品售后服务义务,也可能会影响到企业的声誉和形象。
2、提高注水泥浆技能:采用合适的注水泥浆设备和工艺,如使用高效的水 泥浆搅拌器和稳定的注水泥浆泵,以保证水泥浆的均匀性和稳定性。
3、加强现场监控:通过实时监测注水泥浆过程和压力变化情况,及时发现 和解决潜在的气窜风险。
4、做好地层准备工作:在注水泥浆前,对地层进行充分的清洗和压实,减 少地层破裂的可能性。
4、低放热水泥浆体系:通过降低水泥浆反应热,减少因温差引起的压力波 动,从而降低气窜发生的概率。
三、防窜措施及建议
为了有效防止固井环空气窜的发生,除了选择合适的水泥浆体系外,还需要 采取以下措施:
1、优化工程参数:根据地层特性和施工条件,合理设置注水泥浆的压力、 排量和时间等参数,确保水泥浆能够充分填满井眼。
参考内容
一、引言
深井固井技术是石油工业中的一项重要技术,其目的是在钻井完成后,通过 一系列的工程措施,使井眼稳定,保证后续的油气开发和生产。然而,在深井固 井过程中,气窜是一个常见的问题,它会对固井质量产生不良影响,进而影响油 气的生产和开发。因此,研究深井固井气窜机理及其应用技术,对于提高固井质 量,保证油气开发的安全和效率具有重要的意义。

SN井区抗高温液硅-胶乳防气窜水泥浆

SN井区抗高温液硅-胶乳防气窜水泥浆

SN井区抗高温液硅-胶乳防气窜水泥浆SN井区抗高温液硅-胶乳防气窜水泥浆的研究摘要:为了解决油井中高温下水泥浆出现气窜现象而带来的问题,本文引入了液硅-胶乳的理念,通过对其成分、配方的研究优化,制备出SN井区抗高温液硅-胶乳,并对其在高温、高压下的稳定性和防气窜性能进行了测试,发现该水泥浆在高温条件下仍能保持优异的防气窜性能,为油井作业提供了理想的水泥浆材料选择。

关键词:液硅-胶乳;抗高温;防气窜;水泥浆;稳定性一、引言随着石油工业的快速发展,油井作业中涉及的温度和压力也越来越复杂,在油井注水、固井等过程中经常会受到高温高压的影响,导致水泥浆的稳定性较差,出现气窜现象,给油井作业带来了极大的麻烦,甚至造成严重的事故。

因此,研究一种在高温高压环境下稳定性良好的水泥浆具有重要的现实意义。

二、液硅-胶乳简介液硅,即液态硅酸盐,是一种中性的非晶态固体物质。

胶乳是指由胶体粒子(一般直径在10nm-1000nm之间)组成的乳液,由胶体粒子在水中形成的悬浊液体。

液硅-胶乳是将这两种物质混合后形成的一种新型材料,具有极佳的粘附性、抗压性、耐酸碱性等。

三、实验方法1. 配方优化在初步的实验中,我们制备了6种不同比例的液硅-胶乳,测试其在不同温度下的稳定性和防气窜性能,最终选定其中最优化的配方。

2. 实验设备和步骤在实验过程中,我们采用了高温高压环境下的旋转分离器进行测试。

首先将制备好的液硅-胶乳加入到水泥浆中,然后放入旋转分离器中进行高温高压下的稳定性测试。

四、实验结果通过实验我们发现,在高温高压环境下,液硅-胶乳与水泥浆的配合能够有效地防止气窜现象的发生,并且具有较好的稳定性,即便在高温长时间的处理下,水泥浆的性能也不会发生明显的变化,适用于高温环境下的油井作业。

五、结论本文成功制备出了SN井区抗高温液硅-胶乳防气窜水泥浆,实验结果表明,该水泥浆可在高温高压下保持稳定性,有效防止了气窜现象的发生,为油井作业提供了理想的水泥浆材料选择。

高温高密度水泥浆配方设计难点及对策

高温高密度水泥浆配方设计难点及对策

高温高密度水泥浆配方设计难点及对策赵 军(中海油田服务股份有限公司,河北燕郊 065201) 摘 要:分析高温高密度水泥浆配方设计难点和水泥浆性能变化的影响因素,通过理论分析和实验设计,解决了高温高密度水泥浆配方设计难题,该技术对高温高压井固井水泥浆配方设计具有重要的指导意义。

关键词:高温高密度;水泥浆;加重材料;配方设计;沉降稳定性 中图分类号:TE256 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2018)04—0041—04 随着油田开采进入了开发中后期,浅层资源大幅度减少,为了满足日益增长的工业需要,各国近年来都加大了深层勘探开发的力度。

深井、超深井的钻井投入巨大,固井的成败直接关系到勘探成果,必须从固井工艺到固井材料做深入细致的研究工作,性能良好而且稳定的固井水泥浆体系是高温高压固井成功的关键因素[1]。

高温高密度水泥浆的配方组成复杂,外掺料多,其对水泥浆性能的影响多样化,给现场施工带来了困难和风险。

因此,针对高温高密度水泥浆的影响因素和配方设计难点,提出针对性的解决方案,是至关重要的。

1 加重材料粒径选择和级配比例设计加重剂是配制高密度水泥浆的必需部分,而铁矿粉又是加重剂中最为常见的种类。

铁矿粉自身密度大,颗粒细小,与水泥浆体系不发生化学反应,物理化学性质稳定,按不同比例添加后可大幅度提高浆体密度,但是同时又会对浆体的流变、强度、沉降稳定性等主要性能产生影响,如何在保证性能优异的情况下,获得高密度乃至超高密度的水泥浆是研究的热点和难题[2]。

对于密度不大于2.30g/cm3的加重水泥浆,选用粒度较细的铁矿粉(800目、1200目)容易获得较好的水泥浆性能。

而单独使用粒度较粗的铁矿粉(400目以下)则很难得到性能良好的水泥浆。

对于密度大于2.30g/cm3的加重水泥浆,将高低目数不同粒度的铁矿粉进行复配,得到特殊的粒径分布,发挥填充作用,获取的更佳的性能,同时节约成本。

以密度为2.10g/cm3的不同目数赤铁矿粉的颗粒级配实验(200目和1200目复配)为例(见表1)。

超高密度水泥浆体系设计

超高密度水泥浆体系设计

超高密度水泥浆体系设计摘要:某井设计井深4700米,实际完钻井深4723米,完钻层位上三叠统须家河组二段。

该井在三开钻进中遇多次复杂情况,发生十四次漏失,而且气层活跃显示较好、气层压力较高,完钻钻井液密度高达2.40g/cm3。

固井前钻井液密度降至2.36g/cm3,油气上窜速度为24.99m/h。

防止环空气窜和防止漏失是此次固井的重点。

针对固井的难点分析,通过优选2.50g/cm3的超高密度防漏防窜水泥浆体系,顺利完成本开次的固井施工作业。

关键词:超高密度;水泥浆;防气窜;防漏失1固井技术难点某井自3828m开始至4653m发生过十四次漏失,下套管和固井施工过程中存在较大的漏失风险。

该井气层比较活跃,油气显示较好,气层压力较高,封固气层,防止环空气窜影响胶结质量是本开次固井的一个难点。

环空间隙小,地层压力窗口窄,地层存在漏失风险,固井施工排量受到限制,顶替效率难以保证,对固井质量有一定影响。

水泥浆、钻井液密度高,施工压力大,对施工设备要求高。

超高密度水泥浆,对水泥浆的性能要求及入井液体的相容性要求高。

2固井技术措施下套管前,以2.43g/cm3密度的钻井液,以不小于21l/s的大排量循环做动态承压实验,确定地层承压能力,合格后,再把密度逐步降至2.36g/cm3。

固井施工前,循环钻井液进出口密度差不大于0.02g/cm3,确保压稳气层。

为了能更好的提高顶替效率,拉开入井液体的密度差,2.40g/cm3的抗钙先导浆、2.45g/cm3的加重隔离液、2.50g/cm3的加重水泥浆。

为防止施工过程发生漏失,在加重隔离液中加入长度3-5mm的堵漏纤维,水泥中干混入复合增韧剂及3-5mm的堵漏纤维。

为防止环空气窜,采用双凝水泥浆体系,双凝界面确定在3700m,领浆采用微膨胀高密度防漏非渗透水泥浆体系,尾浆采用胶乳高密度防漏防气窜水泥浆体系。

做好压稳计算,在保证施工安全的条件下,尽量缩短尾浆稠化时间,实现以快制气的目的,施工结束后环空憋压,拉开领尾浆的稠化时间,使之压力有效的传递,防止候凝失重引起环空气窜,影响固井胶结质量。

抗高温高密度固井水泥浆体系研究

抗高温高密度固井水泥浆体系研究

抗高温高密度固井水泥浆体系研究摘要:随着深层以及超深层油气开发的进行,钻遇高温高压地层的油气井越来越多。

与常规油气井相比,高温高压油气井在固井作业方面对水泥浆要求更高。

目前固井现场使用最普遍的波特兰油井水泥在温度大于110℃时易出现强度衰退现象,在高温作业环境下一般需要添加高温稳定材料才能应用于固井。

常用的水泥浆添加剂材料,如缓凝剂、降失水剂,极易受到温度的影响出现稠化反转或者作用失效的情况。

此外,高温高压固井作业通常需要较高密度的水泥浆体系才能更好地压稳地层,以满足固井作业的要求。

因此,针对高温高压油气井固井作业,需要研究一系列固井材料,才能构建性能优异的水泥浆体系用于固井施工。

本文对抗高温高密度固井水泥浆体系进行分析,以供参考。

关键词:高温;高密度;水泥浆;固井引言深井越来越多地遇到深页岩气井、深位移气井等炎热复杂的环境。

复杂而敏感的油井不仅温度高,而且具有相对复杂的施工方法,对水泥石性能要求更高。

对于填缝施工系统,硅盐水在高温下的强度略有下降。

为了控制强度损失,通常需要增加有机硅热量,缓凝剂、降失水剂等水泥浆添加剂材料若抗高温性能不佳,从而可能导致效率下降或填缝质量受到影响。

对于复杂的地层来说,如果水泥不够灵活,可能导致进一步加工井产生的底部应力导致水泥石损坏,从而导致水泥石封隔失效。

1概述钻井过程中的情况越复杂,地温和地压的变化也越大。

一般类型的油压机和添加剂已不足以满足热井的性能要求。

在高温下,常规类型的固井水泥浆会在高温条件下更快的衰减强度。

高温下,井下的水泥环甚至可能断裂,导致机械性能完全丧失,造成塌方。

与此同时,高温下水泥的速度正在迅速提高,填缝质量的提高速度将过快。

在这种情况下,此时需要再添加高温缓凝剂以便使增稠时间合理,确保施工安全。

高温环境也可能严重影响填缝质量、损耗等的性能,需要研究可在高温环境中使用的其他材料。

此外,高温降通常需要较高密度的凹槽,而当今密集的凹槽质量系统通常具有粘度高、现场混合困难、稳定性低、性能调节困难和压力强度低等缺点。

抗200℃高温水泥浆体系的研制

抗200℃高温水泥浆体系的研制

抗200℃高温水泥浆体系的研制抗200℃高温水泥浆体系的研制摘要:针对当前高温油气井中钻井液温度高、压力大、腐蚀性强等问题,研制了一种抗200℃高温水泥浆体系,经过实验和现场应用效果良好,可替代传统HCl/酚醛/铬酸钾浆体系,提高钻井液性能,保证井下作业成功。

关键词:高温水泥浆、钻井液、腐蚀、研制一、背景随着油气勘探深入,井深增加,温度和压力也随之升高,钻井液对高温及高压环境的适应性成为一个重要的研究课题。

传统使用的酸化钻井液在高温下不耐腐蚀性强,且使用过程中会产生高温的气体,对人体健康和能源的浪费有着一定的危害。

因此,如何开发一种具有抗200℃高温、良好腐蚀防护性能的水泥浆体系,成为了当前的主要研究课题。

二、材料与方法2.1 实验材料:高温水泥、减水剂、改性剂、增稠剂、硬化剂等2.2 实验方法:采用实验室实验和现场试验相结合的方法,通过对不同浆体系进行合成材料加工工艺研究、物理化学性能测试等方式,得到合理的高温水泥浆配方,并对其施工效果进行了验证。

三、结果3.1 实验结果:经过实验室实验和现场试验,研制出了一种抗200℃高温水泥浆体系,其性能稳定、抗腐蚀能力强、施工效果优良等特点,已经在某东方油田应用得到了很好的效果。

3.2 现场应用效果:该高温水泥浆体系应用于一井钻进过程中,温度达到了200℃以上,但液体仍运行正常,没有发生开裂、渗透等情况,施工效果优秀,并且也给作业班组带来了更安全的施工环境。

四、结论4.1 本文成功研制出了一种抗200℃高温水泥浆体系,其性能稳定、抗腐蚀能力强、施工效果优良等特点,可以有效地替代传统HCl/酚醛/铬酸钾浆体系,并能提高钻井液的性能。

4.2 通过本次试验,证明了高温水泥浆体系的优势和应用优势,在今后的钻井液配方中应考虑这种新型材料的应用,进一步落实人体健康和能源的保护。

五、讨论与展望5.1 抗高温水泥浆体系的优势从实验数据可以看出,抗200℃高温水泥浆体系具有以下优势:(1)稳定性好:可以有良好的流变性能来适应不同的工况需求。

顺南区块抗高温高性能水泥浆体系研究与应用

顺南区块抗高温高性能水泥浆体系研究与应用

顺南区块位于塔克拉玛干沙漠腹地,属于超深、超高压、干气气藏,固井期间气层活跃、防气窜难度大,对水泥浆的抗高温防气窜要求高,为了实现长久有效密封,需要水泥浆具有高温防气窜性能优越,水泥环韧性好,水泥石渗透性低等特点。

防止井口带压。

因此研究出一套水泥浆高温防气窜性能好、水泥石力学性能优良的抗高温防气窜水泥浆体系,以满足顺南区块超深高压气井固井需求具有重要的意义。

一、固井难点1.深井高温顺南区块井深超过7000m,井底静止温度在180℃ 以上,循环温度在150℃以上。

高温情况下水泥浆性能稳定性差,失水增大,沉浆稳定性变差、稠化时间缩短、水泥石强度衰退、这些变化将影响固井质量和施工安全。

2.重叠段长顺南区块部分井身结构为Ф273.1mm挂Ф193.7mm尾管,重叠段设计长度超700m,水泥环薄,水泥环胶结质量和抗压能力都会受到影响,同时由于长重叠段的存在也会导致施工期间出现高泵压。

3.气层活跃该区块钻井期间油气显示活跃,防气窜难度大。

同时目前对裂缝性干气藏发生气窜的原因尚不明确,同时存在气窜和气液置换的可能;聚磺钻井液体系在高温下易发生虚拟饼增厚,影响水泥环第二交界面的发育,易形成微裂缝,留下气窜通道。

二、抗高温高性能水泥浆体系研究1.抗高温材料优选(1)抗高温防气窜剂优选①抗高温胶乳防气窜剂优选。

对于水泥颗粒空隙,纳米级聚合物胶乳能够进行有效封堵,并形成薄膜结构,以此来降低水泥浆失水量,防止气窜。

具体过程为:在水泥水化的过程中,胶乳聚合物加入水泥石结构组成,与水化产物相互渗透相互纠缠形成立体网状结构,改善水泥石力学性能,并降低水泥石渗透率;另外,乳液中含有的大量表面活性剂能够较好改善界面润湿性,提高界面胶结能力。

室内优选DC200胶乳防气窜剂,耐温可达200℃,通过胶乳的双键和网架结构以及与水泥中的Si、O、S形成氧桥、硫桥,聚结的高能量,使水泥浆具有优良的抗高温性,平均粒径为200nm,优选加量介于8%~12%之间。

超高温超高密度防气窜水泥浆

超高温超高密度防气窜水泥浆

图5 1 8 0℃下密度为 2 . 8 2 g / c m 水 泥浆的稠化 曲线
2 0 0
( 1 ) : 8 6 — 8 8 .
[ 3 ] 马开华 , 刘修善 . 深井超深井钻井新技术研究与应用 【 M] .
3 0 0
2 5 0
北京 : 中 国石 化 出 版社 ,2 0 0 5 .
l 5 0
1 0 0
5 0


图3 1 8 0 下 密度为 2 . 7 5 g / c m 水 泥浆 的稠化曲线
2 0 0 1 5 0

Байду номын сангаас3 0 0
2 5 0
2 0 0
1 0 0 5 O O
 ̄ 1 5 0

1 0 0 5 0 O
抗压 强度 为 1 5 . 0 ~1 7 . 5 MP a 。
3)防气 窜能 力分 析 [ 1 5 - 1 8 ]  ̄循 环温 度 为 1 8 0 ~2 0 0 ℃下 密度 为 2 . 7 5和 2 . 8 2 g / c m 超 高密度 水 泥浆 防气窜 性 能 见表 3 。 由表 3可 见 ,密 度 为 2 . 7 5和 2 . 8 2 g / c m 超 高 密度 水 泥 浆 的防 气 窜性 能 系数 S P N 值在 0 . 1 4 ~
参 考 文 献
【 1 】 彭先 展 ,蒋红 . 川 东北地 区高密度 防气窜水 泥浆 体系研
究 [ J ] . 江汉石油科技 ,2 0 0 8 ,1 8( 3) : 2 8 . 3 4 .
Pe n g Xi a n z h a n,J i a n g Ho n g. Re s e a r c h o f h i g h d e ns i t y

胶乳纳米液硅高温防气窜水泥浆体系

胶乳纳米液硅高温防气窜水泥浆体系

胶乳纳米液硅高温防气窜水泥浆体系高元;桑来玉;杨广国;常连玉;魏浩光【期刊名称】《钻井液与完井液》【年(卷),期】2016(033)003【摘要】针对顺南区块超深高温高压气井固井面临井底温度高、气层活跃难压稳的问题,研究了胶乳纳米液硅高温防气窜水泥体系.通过将纳米液硅防气窜剂与胶乳防气窜剂复配使用,协同增强水泥浆防气窜性能;不同粒径硅粉复配与加量优化,增强水泥石高温稳定性;无机纤维桥联阻裂堵漏,抑制裂缝延展,提高水泥浆防漏性能和水泥石抗冲击性能.该水泥浆体系具有流动性好、API失水量小于50 mL、直角稠化、SPN值小于1,水泥石具有高温强度稳定性好、胶结强度高、抗冲击能力强的特点.密度为1.92 g/cm3的水泥浆体系在190℃、21MPa养护30h后超声波强度逐渐平稳,一界面胶结强度达12.6MPa;水泥石弹性模量较常规低失水水泥石降低52%,抗冲击强度增加了188%,且受霍普金森杆冲击后仅纵向出现几条未贯穿的裂纹.该高温防气窜水泥浆体系在顺南5-2井和顺南6井成功应用,较好地解决了顺南区块超深气井固井难题.【总页数】6页(P67-72)【作者】高元;桑来玉;杨广国;常连玉;魏浩光【作者单位】中国石化石油工程技术研究院,北京100101;中国石化石油工程技术研究院,北京100101;中国石化石油工程技术研究院,北京100101;中国石化石油工程技术研究院,北京100101;中国石化石油工程技术研究院,北京100101【正文语种】中文【中图分类】TE256.6【相关文献】1.抗高温防气窜液硅水泥浆体系在顺南7井的应用 [J], 张世玉2.新型抗高温聚合物/胶乳防气窜水泥浆体系在南海流花深水区块的应用 [J], 罗俊丰;张伟国;廖易波;宋茂林3.SN井区抗高温液硅-胶乳防气窜水泥浆 [J], 陈超;王龙;李鹏飞;杨忠祖;王伟志4.高温多功能防气窜水泥浆体系在四川盆地海相超深井中的成功应用 [J], 焦少卿;何龙;郭小阳;李早元;程小伟;刘伟;朱赫5.南海超高温耐腐蚀防气窜固井水泥浆体系研究 [J], 武治强;岳家平;谢仁军;幸雪松;范白涛因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

超高温超高密度防气窜水泥浆

超高温超高密度防气窜水泥浆

超高温超高密度防气窜水泥浆
张玉平;杨远光;宋元洪;杨海涛;和建勇;贺兴伟
【期刊名称】《钻井液与完井液》
【年(卷),期】2015(032)004
【摘要】针对超高温超高密度水泥浆设计中难于协调的超高密度与高强度、良好流动性与浆体稳定性的矛盾问题,利用粒度级配原理建立了以水泥为水化胶凝材料和颗粒表面存在吸附水化膜的三级颗粒紧密堆积粒度级配新模型,并应用该模型通过室内优化和添加剂优选实验,实现了以还原铁粉和铁矿粉加重、硅粉热稳定和微硅充填的双三级颗粒级配的组配加重,进行超高密度水泥浆的实验优化.开发出了抗温达200℃,密度达2.82 g/cm3的超高密度防气窜水泥浆体系.室内评价结果表明,该体系综合性能协调良好,防气窜能力强,说明所建立的三级颗粒级配新模型和应用该模型采用双三级颗粒级配进行超过密度水泥浆实验设计的可靠性和实用性.【总页数】4页(P51-54)
【作者】张玉平;杨远光;宋元洪;杨海涛;和建勇;贺兴伟
【作者单位】渤海钻探工程有限公司第一固井分公司,河北任丘;西南石油大学石油与天然气工程学院,成都;渤海钻探工程有限公司第一固井分公司,河北任丘;西南石油大学石油与天然气工程学院,成都;渤海钻探工程有限公司第一固井分公司,河北任丘;渤海钻探工程有限公司第一固井分公司,河北任丘
【正文语种】中文
【中图分类】TE256
【相关文献】
1.超高温超高密度钻井液室内研究
2.准噶尔盆地南缘深井、超深井超高温超高密度水泥浆体系研究及应用
3.南海超高温耐腐蚀防气窜固井水泥浆体系研究
4.水泥浆防气窜关键性能及防气窜能力评价方法
5.超高温超高密度水泥浆技术在中国石油塔里木油田成熟应用
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超高温超高密度防气窜水泥浆

超高温超高密度防气窜水泥浆

超高温超高密度防气窜水泥浆超高温超高密度防气窜水泥浆的论文摘要:本研究旨在研究超高温超高密度防气窜水泥浆,通过实验研究,发现添加含钨钨矿渣、高温膨胀剂、抗氧化剂等多种添加剂对水泥浆密度、流变性能和抗气窜性能具有较好的改良效果,进一步提高了水泥浆在高温、高压环境下的防气窜能力。

关键词:超高温、超高密度、防气窜、水泥浆、添加剂1. 研究背景随着油气勘探工作的持续进行,钻井工程也面临着更高的温度、压力、含气量等条件,给水泥固井工作带来了更高的要求。

其中防止气窜是很关键的一点,因为气窜时间长、难以控制,使水泥固井工作效果大打折扣。

因此,我们需要在水泥浆中加入添加剂,以提高水泥固井工程的成功率。

2. 实验方法2.1 实验材料我们采用的水泥是OPC42.5R水泥,添加剂包括钨钨矿渣、高温膨胀剂、抗氧化剂等。

2.2 实验步骤(1)粉末配比将水泥、添加剂进行粉末混合,按照不同比例配比。

(2)反应器实验将混合后的粉末加入水中,在反应器中进行搅拌反应,进行流变性能测试。

(3)温度升降通过控制反应器的加热、降温,模拟钻井过程中的温度变化,观察添加剂对水泥浆的影响。

(4)抗气窜性能测试通过气压控制装置对水泥浆进行气窜测试,观察添加剂对水泥浆防气窜性能的影响。

3. 结果及分析3.1 简要实验结果实验结果表明,添加含钨钨矿渣、高温膨胀剂、抗氧化剂等多种添加剂对水泥浆密度、流变性能和抗气窜性能具有较好的改良效果,能够有效提高水泥浆在高温、高压环境下的防气窜能力。

3.2 实验分析3.2.1 含钨钨矿渣含钨钨矿渣中含有较高的WO3含量,可以增加水泥浆的密度。

此外,钨钨矿渣中含有的钼、铅等元素也有助于加强水泥浆的抗压强度。

实验结果表明,当钨钨矿渣中添加量为7%时,能够有效提高水泥浆的密度和流变性能。

3.2.2 高温膨胀剂高温膨胀剂的添加可以提高水泥浆的收缩性能,改善水泥浆的流变性能,从而提高水泥浆的防气窜能力。

实验结果表明,当高温膨胀剂添加量为2%时,能够有效提高水泥浆的抗气窜性能。

高温防窜水泥浆体系的研究及应用

高温防窜水泥浆体系的研究及应用

高温防窜水泥浆体系的研究及应用随着东濮凹陷油气勘探深度的加大,储量增长将主要来自中深层,尤其对天然气而言,主要来自4000m以下的深层气。

早期完成的深井、超深井,固井成功率和固井质量都存在一定问题。

其中一个主要原因是,高温水泥浆防窜能力差,稳定性差,强度发展慢,尤其是高温水泥浆在中低温条件下强度不能正常发展,造成固井后水泥浆不能有效抑制环空窜流,固井质量无法保证。

通过开展技术研究,成功研制出高温防窜水泥浆体系,为中原油田深井、超深井固井提供了质量保证。

1 室内研究1 1 高效防窜性能(1)克服水泥石体积收缩现象,增强水泥浆阻止油气侵的孔隙压力。

气锁膨胀剂在高温条件下可产生氢气,使氢气均匀分布在水泥浆中,并借助于水泥形成的孔隙结构,蹩上一个附加的压力作用在井壁上,从而抑制油气窜流,并消除环空微间隙,改善水泥环与套管、地层的界面胶结状况。

试验证明膨胀率为35%以上,釜内压力变化值较小,能够有效克服水泥石的体积收缩现象。

根据深井、超深井施工要求,结合试验结果,膨胀剂的初发时间控制在50~70min,持续发气时间控制在60~120min。

合理的初发时间和持续发气时间可确保微小气泡均匀分布在水泥浆中,从而有效弥补水泥浆的失重。

(2)控制水泥浆游离液、失水,增强水泥浆孔隙阻力。

水泥浆内游离液的分离,可在水泥浆柱中产生连通的轴向水槽(或水带),降低作用在地层的压力。

并且游离液容易聚集形成微细通道,使水泥浆稳定性变差,微细通道使游离液窜至顶部,成为油气水窜的薄弱通道。

该体系中,水泥浆的游离液控制为零。

选用以优质胶粒水溶性聚合物为主要成份的降失水剂。

该剂不仅可以在气窜部位形成致密薄膜,也可充填在水泥颗粒间,增大孔隙流动阻力,从而遏止流体在水泥浆中运移。

(3)选用具有晶格膨胀效果的早强剂,最大程度地控制水泥浆气窜危险期。

通过降低水泥浆的稠度,选用具有晶格膨胀效果的早强剂,将稠化时间及胶凝强度发展的过渡时间控制在15min内,加上增强水泥浆孔隙压力及孔隙流动阻力等技术,从而提高高温防窜水泥浆体系的防窜性能。

水泥浆防气窜性能设计及合理的浆体组成研究

水泥浆防气窜性能设计及合理的浆体组成研究

( MPa) 。
t L = t cp + G t L
( 1)
式中: G t 为地温梯度, / 100; t cp为该地区地表平均
温度, ; t H 为井深 L 处的温度, ; L 为井深, m。
( 2) 循环温度的确定
按水泥浆 API SPEC 10K 中循环温度与井底温
度的有关数据, 回归成有关方程式( 表 2) , 循环温度 可根据地温梯度不同井深确定。
主题词 固井 防气窜性能 浆体组成 气窜潜力系数 水泥浆稠度 顶替效率
高压油气井固井作业中, 油、气、水窜问题虽然 已经研究多年 1, 3, 4 , 但至今仍未完全解决。解决这 项问题的关键技术, 是如何系统的设计出一套防气 窜水泥浆体系及环空中合理的组成。浆体的组成及 防气窜水泥浆体系, 应满足以下基本要求: 水泥浆 的浆体组成, 不仅要满足良好的顶替效率外, 还要保 证水泥浆动态过程的压力平衡及水泥环的整体密封 质量; 设计的水泥浆在凝结过程中, 应能防止和补 偿水泥浆失重而引起的浆柱压力降低问题。水泥浆 柱凝结过程降至水柱的时间是危险的时刻, 应特别 注意控制该时刻的压力平衡问题。
胶凝延迟水泥, 触变 性水泥, 不渗透水泥 0. 11 0. 125 0. 15
0
10 0
可压缩水泥 0. 11 0. 125 0. 15
0
1 00
其它 双凝 可不考 可不考 考虑其一 应考虑 可不考 考虑其一 应考虑
措施 憋回压 虑


差。
双凝水泥浆。缓凝段与速凝段, 长度比为 2 1; 初凝时间差 ( t s) 或稠化时 间差( T B) 大于或等于 2 00~ 2 30, 即 t s( 或 T B) 2 00~ 2 30。
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高温高压固井防气窜水泥浆设计罗宇维等中海技服固井公司2000年10月高温高压固井防气窜水泥浆设计罗宇维张光超刘云华黄卫东张行云(中海石油技术服务湛江分公司固井)摘要性能优良的水泥浆是保证固井质量的关键因素。

众所周知,水泥环空气体窜槽对油气田开发将造成非常严重的后果:产能降低、套管腐蚀、地下水污染、注水开采工艺受限等等。

而一旦发生气窜,即使花费大量的人力、物力和时间来挤水泥,也很难修复到不发生气窜时应有的封固状态。

因此,优选有效的防气窜水泥浆设计就显得十分重要,对于HTHP 高温高压固井尤其如此。

水泥环气窜是一个极其复杂的物理、化学现象。

尽管无数的国内外专家对气窜的形成原因和预防措施进行了大量的研究,但是气窜问题仍远未解决,层间窜流现象仍时常发生。

本文将力图用“通道”的观点来解析气窜现象,提出一套综合的适用于高温高压固井的防气窜水泥浆设计的方法。

关键词失水失重通道通道流动阻力环空有效液柱压力晶格膨胀一、高温高压的定义海洋石油钻井准则,高温高压油气井具有以下特点:●预计或实测井底温度BHST大于150℃;●井底压力大于69Mpa(10000Psi);●或地层孔隙压力梯度大于1.80g/mL。

二、气窜形成的原因1〕气窜的方式气窜通常有如下三种方式:●气体通过残留在环空中的泥浆通道运移;●气体通过微环空通道窜移;●气体通过胶凝水泥浆的孔隙通道移动。

2〕气窜形成的原因气窜形成必须具备两个基本条件:一是要有通道,二是地层压力大于环空有效液柱压力与通道流动阻力之和。

地层气体总是首先在水泥环通道阻力最小的地方进入,然后不断扩大通道,不断挺进。

高温高压防气窜水泥浆设计 2A 、通道水泥环在凝结硬化过程中,通道是如何产生的呢?据有关研究成果表明,通道的形成原因主要有:(1) 泥浆顶替效率低,固井时部分泥浆残留在环空中。

当水泥浆处在液相状态时,环空没有气窜通道。

但是,当水泥浆水化自出现网架结构的时刻起,泥浆开始脱水收缩,产生裂缝,形成通道。

随着水泥的水化过程的继续、泥浆收缩的加剧,通道不断扩大,如图1所示。

图1 泥浆通道 图2 水泥孔隙通道(2) 水泥浆早期强度低,环空水泥尚未胶结牢固就开始试压或者钻进,造成微环空间隙。

此外,水泥浆添加剂体系不好,水泥浆凝固后的体积小于凝固前反应物(水泥、添加剂、外参料、水)的总体积,即发生水泥的化学收缩,也会产生微环空间隙。

(3) 水泥水化过程中产生的网架孔隙通道:水泥水化的初始阶段,水泥浆处于液态状态,环空有一个稳定的过平衡压力。

此时,气窜通道还未出现。

随着水泥水化过程的继续,水泥浆的静胶凝强度逐渐增大,水化生成物颗粒不断长大,互相搭接,逐步形成“网架结构”,水泥发展进入胶凝状态。

此时,一方面,“网架”逐渐支承水泥的自重,造成水泥浆柱失重,环空有效液柱压力降低。

此时,作为“攻”、“防”双方的“有效静液柱压力”与“气层压力”的力量对比发生逆转,使得气窜发生变得可能。

另一方面,“网架”产生两种“孔隙”,即封闭孔和连通孔的结构形态。

孔隙中充满了反应水。

此时,如果连通孔即通道没有受到气体入侵,那么,它将随着水化继续而自行关闭;反之,如果通道在强大的气层压力下发生气侵,则通道再也不能关闭,水泥硬化后留下窜槽通道,如图2所示。

因此,水泥水化过程中产生的通道是一种非常特殊的通道。

通道出现的时刻取决于水泥浆的静胶凝强度的发展速度,稠化时间越长,通道出现越迟,反之亦然。

通道的大小取决于水泥浆的配浆水含量及所使用的添加剂性能:配浆水的体积与水泥浆的体积比越大,通道就越大;高温高压防气窜水泥浆设计 3使用的添加剂能使水泥晶格膨胀,通道就越小。

通道的维持时间长短取决于水泥浆静胶凝强度的过渡时间和地层气体挤入与否:过渡时间越短,通道关闭越快;而一旦遭到地层气体侵入,气体通过的通道将不会弥合,气体尚未到达的通道却随着水泥浆静胶凝强度的增长而自行关闭。

B、环空有效液柱压力由于水泥浆失水以及静胶凝强度的建立,环空有效静液柱压力由原来大小等于地层压力与过平衡压力之和快速降至等高水柱的静压值;然后,随着静胶凝强度的不断发展,“网架”支承水泥浆柱自重的能力越来越强,环空有效静液柱压力越来越小,直至最终完全消失,即水泥浆静胶凝失重。

试验表明,一般的水泥浆凝固后均会发生不同程度的化学收缩,引起“负”静压。

如图3所示。

液态过渡态固态时间图3 水泥浆失重曲线C、通道流动阻力通道流动阻力的大小主要取决于通道的大小以及通道内原有流体的粘度。

通道的截面积大,流动阻力小;通道内原有孔隙水的粘度大,推动孔隙水运移所需的能量就大,因此,该通道的流动阻力就大。

反之亦然。

高温高压防气窜水泥浆设计 4三、气窜的预防措施1〕 气窜的预测● 气窜潜力系数GFP(Gas Flow Potential Factor)GFP 定义为最大允许压力MPR(Maximum Pressure Reduction)与井眼内过平衡压力OBP(Over Balance Pressure)之比。

即GFP=MPR/OBP而MPR=1.67L/(Dh-Dp)式中:L —水泥柱高度(英尺) Dh -裸眼直径(英寸) Dp -套管外径(英寸) OBP=Ph-Pf式中:Ph -静液柱压力(PSI ) Pf -地层压力(PSI )Ph =泥浆P +前置液P +水泥浆P +回压P●GFP<4,严重程度:轻微; GFP =4-8,严重程度:中等; GFP>8,严重程度:严重。

2〕 气窜的预防从上述分析可知,防气窜的关键是当有效静液柱压力下降到地层压力时建立起足够的通道流动阻力并快速关闭通道,使得地层气体很难进入水泥基体,或者即使进入,行程也很短,根本无法造成层间窜槽。

● GFP<4由于气体的入侵能量小,只要孔隙通道内有足够粘度的反应水,高温高压防气窜水泥浆设计 5气体就很难克服反应水的流动阻力进入水泥基体。

因此,解决防气窜最经济的方法是:(1)优化固井工艺,提高顶替效率;采用环空蹩压、缩短水泥浆封固长度、提高水泥浆比重、用双凝水泥浆等措施降低GFP ; (2)应用低失水水泥浆体系固井。

★ GFP<4时推荐水泥浆的性能为:API 失水值: 小于或等于50毫升;稠化时间: 控制在最短的安全时间内; 自由液: 小于1%。

GFP :4-8由于气体的入侵能量增大,孔隙内的流动阻力无法抵挡地层气体的进攻,只有采取快速关闭通道,缩短气体入侵行程;在通道中堆满“杂物”,减小通道有效截面面积,增加通道阻力来抵抗侵蚀。

常用的这类水泥浆体系有:(1)胶凝滞后水泥浆体系。

它延长“零”胶凝时间、缩短过渡时间,快速关闭通道,达到防气窜的目的。

其静胶凝强度发展状况如图4所示。

时 间图4 胶凝滞后水泥浆静胶强度发展曲线(2)触变水泥浆体系。

水泥浆一旦顶替到位,其静胶凝强度就快速增长至足以抵抗气体入侵所需的500Lb/100ft 2强度值,如图5所示。

胶 凝 强 度高温高压防气窜水泥浆设计 6图5 触变水泥浆静胶强度发展曲线(3)胶乳水泥浆体系和非渗透水泥浆体系。

通过乳胶本身的微小颗粒或者非渗透剂反应生成的塑料膜来堵塞通道,达到防气窜的目的。

★GFP4-8时推荐水泥浆的性能为:API失水值:小于或等于100毫升;稠化时间:控制在最短的安全时间内;自由液:小于1%;过渡时间:小于30分钟。

GFP>8此时气体入侵的能量极大,必须在通道关闭以前保持足够的孔隙压力才能有效抵御。

通常采用的方法是:(1)使用泡沫水泥浆体系。

泡沫水泥浆中含有一定比例的氮气,分布在不同的封闭孔隙之间。

由于氮气的压缩系数大,当孔隙压力因胶凝强度的增长和水泥浆失水造成下降时,氮气膨胀补偿一定的压力损失,从而达到防气窜的目的,如图6所示。

(2)使用膨胀水泥浆体系。

水泥水化时,膨胀剂使得水泥颗粒晶格膨胀,孔隙通道变小,流动阻力增大,孔隙压力增大。

既补偿了压力降,又增加了水泥石的致密性。

一般来说,水泥颗粒在水泥浆处于液相状态下发生晶格膨胀对防气窜没有多大意义,只有水高温高压防气窜水泥浆设计 7泥浆处于过渡相以后发生晶格膨胀,即水泥颗粒在受限状态下膨胀 才能起到应有的防窜效果。

膨胀水泥稠化时所测得的压力变化过程如图7所示。

★ GFP>8时推荐水泥浆的性能为: API 失水值: 小于100毫升;稠化时间: 控制在最短的安全时间内; 自由液: 小于1%;过渡时间: 小于30分钟。

液态 过渡态 固态 间图6 泡沫水泥固井液柱压力曲线时 间图7 膨胀水泥稠化试验曲线稠 度 与压力100Bc 稠度曲线 膨胀水泥压力曲线 常规水泥压力曲线高温高压防气窜水泥浆设计8四、高温高压防气窜水泥浆(1)高温高压防气窜水泥浆的设计●稠化时间控制温度是影响水泥浆稠化时间的关键因素,因此,一定要弄准井底温度。

所选的缓凝剂既要耐井底高温,又要防止长封固段水泥浆顶部因温度太低出现超缓凝现象,还要避免使用对温度和加量变化太敏感的缓凝剂。

通常的做法是:同时使用两种不同类型的缓凝剂,达到提高抗高温性能,减少缓凝剂用量的目的。

此外,据哈里伯顿公司介绍,一种名为SCR-100L的非木质素磺酸盐缓凝剂能使长封固段水泥浆上下同时凝固。

●水泥浆密度与混浆稠度控制用于高压气层固井的水泥浆密度通常都在2.3g/mL以上。

要获得好的水泥浆混浆稠度,水泥浆的密度只有靠添加加重剂来提高。

常用的加重剂有325目(45微米)左右、比重5.0-5.2g/mL的赤铁矿粉和5微米左右、比重4.9g/mL的黑锰矿粉。

两者按一定比例一起使用,通过调整它们之间的比例以及加重剂总量与水泥的比例,使得水泥浆既有较高的密度,又有较低的配浆稠度。

为了降低加重剂与水泥的比例,达到在相同的配浆稠度下提高水泥石抗压强度的目的,通常在水泥浆中需加入适量的分散剂。

●沉降稳定性控制水泥浆中的加重材料容易引起水泥浆沉淀。

要想水泥浆在井底循环温度BHCT下有足够的粘度悬浮颗粒,就必须在配浆稠度允许的情况下尽量提高颗粒较细的外掺料的比例,同时尽量避免使用冷浆稠度高、热浆稠度低的添加剂。

●失水控制从现有的添加剂使用情况来看,胶乳在高温下的降失水性能最为稳定,且具有颗粒堵塞孔隙通道和化学收缩小的防气窜功能,冷浆与热浆稠度变化不大等优点,因此,它通常作为高温高密度防气窜水泥浆的主剂。

由于胶乳的悬浮能力偏弱,所以,它常常还要和某些增稠的降失水剂配合使用。

●防强度衰退控制常规水泥石在温度超过110℃时会发生强度衰退。

防强度衰退的最简单方法是在水泥中掺入30-40%(BWOC)的硅粉。

据有关资料介绍,如果硅粉的有效掺量小于30%,水泥石的强度比不加硅粉的更差。

高温高压防气窜水泥浆设计 9高温高密度水泥浆通常掺入总量为35-40%的硅粉,100目的粗硅粉 和200目的细硅粉一起使用。

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