高密度抗盐水泥浆体系介绍

高密度抗盐水泥浆

体系介绍

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高密度抗盐水泥浆体系

吴达华谭文礼邹建龙宋有胜(中国石油集团工程技术研究院,天津

塘沽)

摘要:本文结合石油钻井工程需要,提出了高密度抗盐水泥浆的设计原则,并阐述了盐对水泥浆的性能和水泥添加剂的影响,阐述了提高水泥浆密度的方法和最新进展,介绍了BXF-200L抗盐降失水剂和超细锰矿加重剂BXW-1的研究成果,并对高密度抗盐水泥浆体系的配方和性能进行了研究,经过紧密堆积实现了高密度水泥浆体系的高性能。研究表明采用BXF-200L降失水剂、BXW-1加重剂,和赤铁矿粉能够配出密度高达 2.6g/cm3的高性能高密度抗盐水泥浆体系,在哈萨克斯坦肯基亚克盐下油田现场应用表明该抗盐水泥浆体系有良好的适用性。

主题词:高密度含盐水泥浆紧密堆积

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一、前言

在中国的西部油田、中原油田、南海油田的钻探过程中都不同程度的钻遇了高压盐水层、或者大段盐膏层和水敏性地层等复杂地层;在国内各石油公司向海外拓展的钻井业务中也碰到类似的固井问题,如哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、印度尼西亚等海外项目。有时在海上、滩海作业中还经常试图用海水直接配制水泥浆,由于海水中的盐会对水泥外加剂性能及水泥浆水化过程产生严重影响,往往难以如愿,因此如何解决高密度水泥浆的抗盐问题一直受到国内外固井界的重视。

大家知道,一般的高密度盐水水泥浆体系在使用过程中经常会遇到这些问题:

1、体系不稳定,引起水泥和加重材料的沉降;

2、稠度过高,常温下流动性差,施工密度难以达到设计要求;

3、降失水剂、分散剂和缓凝剂由于盐的影响而失去作用,有时甚

至出现闪凝现象,失水控制困难;

4、盐水水泥浆过渡缓凝,体系的防窜性能较差;

5、由于密度的提高,水泥浆中的有效水泥质材料相对较少,强度

发展缓慢,特别是水泥环的顶部经常出现不凝固,不能满足长

封固段固井作业的要求;

6、由于钻井液密度过高,切力又很大,顶替效率难以保证,会对水

泥浆性能产生不良影响。

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因此在设计高密度抗盐水泥浆时必须处理好水泥浆的失水控制和流动性的关系;稠化时间和强度发展之间的关系,水泥浆和泥浆、隔离液的相容性、和它们的密度差、切力差等问题,水泥浆中的各类外掺料和水泥的颗粒分布。

二、含盐水泥浆

盐(NaCl)作为油井水泥外加剂在固井工程中已被广泛应用,其目的大致可分为:1)被用作早强剂;2)平衡地层电解质防止水敏性地层跨塌;3)防止水泥浆对地层的溶蚀;4)在淡水资源缺乏的地区直接使用海水、苦咸水制取水泥浆。按盐含量含盐水泥浆可大致分为:低含盐、欠饱和及饱和盐水水泥浆。

1．盐对稠化时间的影响

图1结果表明水泥浆中加入盐以后会出现掺量小时稠化时间变短、掺量大时稠化时间变长的现象;但随着温度的提高影响有所减弱,而趋势是相同的。而且初始稠度变大,浆体泡沫增多,稠化实验中易产生闪凝、”鼓包”、曲线变差等现象,这些现象对于固井作业都是十分有害的。

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50

100

150

200

250

300

05101520253035

盐含量（％）稠化时间（m i n ）

0204060801000 2.55101516盐含量（%）

对比率（%）

图1 盐对稠化时间的影响 图2 盐对剪切强度的影响 2． 盐对水泥失水性能的影响

随着水泥浆含盐量的增加,水泥浆的失水量也会增加,一般在淡水水泥浆中使用的降失水剂也可能失去作用,有些甚至会引起絮凝使水泥浆失去流动性。

3． 盐对水泥石力学性能的影响

经过实验表明,在60℃、常压和饱和盐水条件下,当盐掺量低于5%时,有明显的早强作用,而掺量大于10%时其强度低于纯水泥的强度。含盐量较高的水泥浆强度发展要比原浆慢得多,但水泥石有明显的膨胀作用。

因此,在井下含有浓度较低的盐水层且压力较低时,能够采用抗盐的淡水水泥浆固井;如果是水敏性的泥页岩、蒙脱石、伊利石、退化的绿泥石等黏土矿物,为了避免其膨胀、分散而造成井璧不稳定,一般使用低含盐的水泥浆(一般低于10%)固井;如井下有高压盐水层、盐层、碱层、盐膏层等,为防止水泥浆对地层盐溶蚀,则必须使用欠饱和盐水水泥浆或者饱和盐水水泥浆,研究(图2)表明随盐的