超细水泥用于油田堵水技术
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[ 2] 道维尔斯伦贝谢公 司 .注水 泥技术 [ M] .北 京 :石油 工业出 版 社 , 1987.
[ 3] 鲍有光 .磨碎的细粒水泥在封堵 与报废作 业中的成功 应用 [ J] . 国外油田工程 , 2000.
[ 4] 冯玉军 .小颗粒水泥在油田上的应用探讨 [ J] .钻采工艺 , 1996 , (5).
8
23
6
6.5
4.0
0.7
4.1
0.2
收稿日期 :2000-01-20 作者简介 :赵长庆 (1963-), 男 , 黑龙江呼兰人 , 工程师 , 从事采油工艺研究工作 。
· 66 ·
大庆石油地质与开发 P.G.O.D.D. 第 21 卷 第 1 期
综上所述 , 超 细 水 泥 浆 水 灰 比一 般 可 控 制 在 1.3∶1.0 。此时 , 水泥浆具有较高的稳定性和较好的 流变性 。 1.2.4 不同添加剂下水泥浆性能的测定
摘要 :对超细水泥的粒度分布及在 45 ℃下的初 、 终凝时间和抗压强度 、 流变性 、 稳定性进行了实验 研究 , 指出超细水泥粒度小 、 稳定性高 、 塑性粘度及动切力低 , 可用于现场堵水 、 报废油层作业 ;为 满足现场要求 , 必须加入相配伍的缓凝剂 , 并控制初 、 终凝时间在 4 ～ 10 h 之内 ;超细水泥用于堵水 作业的最佳配比为 1.3∶1.0 的水泥浆 +2 %的添加剂 。最后 , 介绍了现场应用情况 。 关 键 词 :超细水泥 ;凝结时间 ;堵水 中图分类号 :TE358+.3 文献标识码 :B
第 21 卷 第 1 期 大庆石油地质与开发 P.G.O.D.D. 2002 年 2 月
文章编号 :1000-3754 (2002) 01-0065-02
· 65 ·
超细水泥用于油田堵水技术
赵长庆1 , 范振中2 , 刘丽英1
(1.大庆油田有限责任公司 第三采油厂 , 黑龙江 大庆 163113 ;2.大庆石油学院 , 黑龙江 安达 151400)
1 室内实验
1.1 主要试剂 、 仪器及方法 试剂 :超细水泥 , 添加剂 (中国建筑材料研究院
水泥所提供)。 仪器 :高速搅拌器 , 恒温搅拌器 , 恒应力加荷全
自动压力试验机 , 高温 、 高压流动实验仪 , 增压养护 釜 , 高温 、 高压失水仪 , 六速旋转粘度计等 。
方法 :性能测试按 API Spec10 “ 油井水泥浆材料 和实验规范” 进行 。 测定超细水泥粒度 、 不同水灰比 下流动度与析水量的变化 、 流变性 、 不同添加剂下水 泥浆性能 、 温度对初凝时间的影响 。 1.2 室内实验结果与分析 1.2.1 超细水泥粒度分析
ln(ts)= A +ΔEa (RT)
(1)
式中 ts ———凝结时间 ; A ———常数 ;
ΔEa ———活化能 ;
R ———气体常数 ;
T ———温度 。 由式 (1) 可以看 出 , ln (t s) 与 1 T 呈线 性关 系 , 利用表 5 数据进行 直线拟合可以 计算出常数 A
G 级油井水泥用于油田作业已有近百年的历史 , 但由于其颗粒粒径较大 (100 ～ 150 μm), 限制了它在 油田生产中需要的油井堵水 、 封串 、 报废油层以及钻 井时套管固井质量不好井的封漏 、 封串等特殊作业中 的应用 , 例如不能穿透 0.4 mm 的裂缝和小于 20 目的 砾石充填层 。 通过调整 G 级水泥熟料的化学组成和 物理性能 , 可以生产出一种新型的油井水泥 ———超细 水泥 。超细水泥平均粒径小于 5 μm , 最大不超过 10 μm , 能够渗入到常规水泥达不到的区 域[ 1] 。 应用超 细水泥进行现场堵水作业 , 效果较好[ 2 , 3] 。
为 0.003 02 及活化能 ΔEa 为 47.9 kJ mol 。 根据这一
关系 , 可以计算出不同温度下的凝结时间 。
2 现场试验
1999 年 5 月 , 在萨中地区北 3-1-18 井进行了超细 水泥堵水报废作业 , 封堵层位为葡 Ⅰ32 、 葡 Ⅰ 33 主力 产层 。 油层有效厚度为 2.9 m , 渗透率为 0.482 μm2 , 设计用超细水泥 7 t , 水灰比为 1.3∶1.0 , 添加剂添加 量为 2 %, 控制初凝时间为 5 h 。 现场测试流动度为 281 mm , 水泥浆密度为 1.45 g cm3 。 施工时间为 3 h , 关井候凝 48 h 。开井 , 测试葡 Ⅰ 32 、 葡 Ⅰ33 两个层位 产液量为 0 , 达到了堵水并报废这两个层位的目的 。
Article ID :1000-3754 (2002) 01-0056-03 Project Design and Decision Making Assistant System of Petroleum
Reservoir QIU De-you (Exploration and Development Research Institute of
确定 水泥 浆的水 灰比 为 1.3∶1.0 , 养 护温 度为 45 ℃。加入不同的添加剂后 , 按照 API 标准测定水泥 浆的初 、 终凝时间 , 养护 24 h 后的抗压强度 如表 4 所示 。从中可见 , 所用的添加剂为一种缓凝剂 , 随添 加剂添加量的增加 , 初 、 终凝时间可明显延长 。 当添 加量为 2.0 %时 , 初凝时间约为 5 h , 可以满足现场 注入要求 。
表 1 超细水泥粒度分析
粒径 μm
>10
10 ～ 5
<5
重量 g
1.8
2.0
16.2
含量 %
9
10
81
1.2.2 不同水灰比下流动度与析水量的变化 按 API 标准测定超细水泥在 45 ℃下的流动度及
析水量如表 2 所示 。 当水灰比小于 1.5∶1.0 时 , 析水 量较少 , 超细水泥具有较强的稳定性 。 同时 , 超细水 泥流动度较高 , 流动性能较好 , 可以满足现场施工的 要求 。
结果见表 5 。 实验条件是水灰比为 1.3∶1.0 , 添加剂 添加量为 2.0 %。
表 5 温度对初凝时间的影响
温度 ℃
35
40
45
50
55
初凝时间
720
480
300
240
180
min
温度越高 , 初凝时间越短 。 对于不同的温度点 ,
可通过调节添加剂的添加量来控制初凝时间 。硅酸盐
类的凝结时间与温度之间的关系可以用 Arrhenius 方 程描述[ 5] 为
3 结论及认识
(1)超细水泥粒度小 , 稳定性高 , 塑性粘度及动 切力低 , 可用于现场堵水 、 报废油层作业 。
(2)超细水泥初 、 终凝时间短 , 必须加入相配伍 的缓凝剂 , 控制初 、 终凝时间在 4 ～ 10 h 之内 , 以满 足现场要求 。
(3)超细水泥技术把提高微小颗粒的穿透性与适 当的分散技术结合起来 。 超细水泥颗粒要比普通水泥 颗粒小 100 倍 。 在施加挤注压力时 , 普通水泥颗粒只 能挤塞跨过小的裂纹 , 而微小的超细水泥颗粒却能穿 透窄到 1.96 ×10-3in (1in =2.54 cm) 的开口 , 封堵 岩石地层 、 砾石填充以及减少漏失危险 , 封堵任何靠 近井眼的裂缝或沟槽 。
[ 5] 牛璐杰 .影响微 细水泥 凝结 时间的 因素 [ J] .油田 化学 , 1998 , (4).
编辑 :邵宪志
[ 4]
Vol.21 No.1 Petroleum Geology &Oilfield Development in Daqing Feb.2002
pressure and it' s derivative of partial open vertical fracture with dimensionless storage constant and skin are obtained by numerrical inversion of Laplace transforms .Finial a actual example is used to illustrate the method of well testing analysis for partial open vertical fracture . Key words:partial open;vertical fracture ;well testing analysis
表 4 超细水泥初 、 终凝时间和抗压强度
添加剂 %
0
0.5
1.0
1.5
2.0
初凝时间 wk.baidu.comin
70
105
159
226
300
终凝时间 min
125
157
201
267
334
抗压强度 MPa
4.72 4.59 4.48 4.37 4.21
1.2.5 温度对初凝时间的影响 在不同的温度下考察了超细水泥浆的初凝时间 ,
分别用天平称取 20 g 超细水泥倒入 10 μm 和5 μm 的筛子内 , 振动并用水缓冲 , 取筛中剩余物烘干 , 称 重 , 实验数据见表 1 。从中可见 , 超细水泥中 81 %的 颗粒直径小于 5 μm , 91 %的颗粒直径小于 10 μm , 粒
度分布范围比较窄 , 主要集中在 5 μm 以下 。
度和动切力 (表 3)。 当水灰比大于 1.0 时 , 超细水泥 浆塑性粘度小 , 动切力小 。
表 3 超细水泥浆流变性实验数据
水灰比 0.7 1.0 1.5 2.0
φ600 格 62 25 9.5 8.5
φ300 格 54 19 5.5 4.4
塑性粘度 (mPa·s) 动切力 Pa
Daqing Oil Field Company Ltd., Daqing 163712, China) Abstract :According to the actual characteristic of geology , we establish an assistant system with a top level both at home and abroad. Visul C ++6.0 and Visul Foxpro6.0 are used as packaging tool and application window .System development platform of task oriented is formed.The interface of data storage in software is realized by the function of ODBC (Open Database Connectivity)provided by system. In development , technique demand of software development methods is fulfilled with the most degree in practice .Both from top to bottom and top methods are used in software development.It is relative with the technique of program transform and software reuse .They supplement each other in software development.System is consist of database management, development index prediction, petroleum reservoir computation, formation containing water prediction , economic estimate and optimizing estimate of decision making . Key words:project design and decision making of petroleum reservoir ;ODBC ;Chaining
(4)挤水泥堵水工艺 , 对油井不具破坏性 , 施工 风险不大 , 一次作业总费用仅相当于一次化学堵水作 业投资的 25 %左右 。 因堵水效果好 , 能封 得死 , 固 得住 , 有效期几乎是永久的 , 对油井套管也有加固作 用。
参考文献 :
[ 1] 郭小阳 , 刘崇建 , 俞平分 .水泥浆对地层损害的 研究 [ J] .西 南 石油学院学报 , 1996 , (4).
表 2 不同水灰比下流动度与析水量
水灰比
0.7
1.0
1.3
1.5
1.7
2.0
流动度 cm 25.4 26.3 27.5 28.9 30.0 36.7
析水量 mL
0
0
2.5
4.9
9.5 15.5
1.2.3 流变性
超细水泥流变性用旋转粘度计按 API 标准进行 。 按照宾汉模式[ 4] 计算在不同水灰比下水泥浆的塑性粘
[ 3] 鲍有光 .磨碎的细粒水泥在封堵 与报废作 业中的成功 应用 [ J] . 国外油田工程 , 2000.
[ 4] 冯玉军 .小颗粒水泥在油田上的应用探讨 [ J] .钻采工艺 , 1996 , (5).
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4.0
0.7
4.1
0.2
收稿日期 :2000-01-20 作者简介 :赵长庆 (1963-), 男 , 黑龙江呼兰人 , 工程师 , 从事采油工艺研究工作 。
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大庆石油地质与开发 P.G.O.D.D. 第 21 卷 第 1 期
综上所述 , 超 细 水 泥 浆 水 灰 比一 般 可 控 制 在 1.3∶1.0 。此时 , 水泥浆具有较高的稳定性和较好的 流变性 。 1.2.4 不同添加剂下水泥浆性能的测定
摘要 :对超细水泥的粒度分布及在 45 ℃下的初 、 终凝时间和抗压强度 、 流变性 、 稳定性进行了实验 研究 , 指出超细水泥粒度小 、 稳定性高 、 塑性粘度及动切力低 , 可用于现场堵水 、 报废油层作业 ;为 满足现场要求 , 必须加入相配伍的缓凝剂 , 并控制初 、 终凝时间在 4 ～ 10 h 之内 ;超细水泥用于堵水 作业的最佳配比为 1.3∶1.0 的水泥浆 +2 %的添加剂 。最后 , 介绍了现场应用情况 。 关 键 词 :超细水泥 ;凝结时间 ;堵水 中图分类号 :TE358+.3 文献标识码 :B
第 21 卷 第 1 期 大庆石油地质与开发 P.G.O.D.D. 2002 年 2 月
文章编号 :1000-3754 (2002) 01-0065-02
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超细水泥用于油田堵水技术
赵长庆1 , 范振中2 , 刘丽英1
(1.大庆油田有限责任公司 第三采油厂 , 黑龙江 大庆 163113 ;2.大庆石油学院 , 黑龙江 安达 151400)
1 室内实验
1.1 主要试剂 、 仪器及方法 试剂 :超细水泥 , 添加剂 (中国建筑材料研究院
水泥所提供)。 仪器 :高速搅拌器 , 恒温搅拌器 , 恒应力加荷全
自动压力试验机 , 高温 、 高压流动实验仪 , 增压养护 釜 , 高温 、 高压失水仪 , 六速旋转粘度计等 。
方法 :性能测试按 API Spec10 “ 油井水泥浆材料 和实验规范” 进行 。 测定超细水泥粒度 、 不同水灰比 下流动度与析水量的变化 、 流变性 、 不同添加剂下水 泥浆性能 、 温度对初凝时间的影响 。 1.2 室内实验结果与分析 1.2.1 超细水泥粒度分析
ln(ts)= A +ΔEa (RT)
(1)
式中 ts ———凝结时间 ; A ———常数 ;
ΔEa ———活化能 ;
R ———气体常数 ;
T ———温度 。 由式 (1) 可以看 出 , ln (t s) 与 1 T 呈线 性关 系 , 利用表 5 数据进行 直线拟合可以 计算出常数 A
G 级油井水泥用于油田作业已有近百年的历史 , 但由于其颗粒粒径较大 (100 ～ 150 μm), 限制了它在 油田生产中需要的油井堵水 、 封串 、 报废油层以及钻 井时套管固井质量不好井的封漏 、 封串等特殊作业中 的应用 , 例如不能穿透 0.4 mm 的裂缝和小于 20 目的 砾石充填层 。 通过调整 G 级水泥熟料的化学组成和 物理性能 , 可以生产出一种新型的油井水泥 ———超细 水泥 。超细水泥平均粒径小于 5 μm , 最大不超过 10 μm , 能够渗入到常规水泥达不到的区 域[ 1] 。 应用超 细水泥进行现场堵水作业 , 效果较好[ 2 , 3] 。
为 0.003 02 及活化能 ΔEa 为 47.9 kJ mol 。 根据这一
关系 , 可以计算出不同温度下的凝结时间 。
2 现场试验
1999 年 5 月 , 在萨中地区北 3-1-18 井进行了超细 水泥堵水报废作业 , 封堵层位为葡 Ⅰ32 、 葡 Ⅰ 33 主力 产层 。 油层有效厚度为 2.9 m , 渗透率为 0.482 μm2 , 设计用超细水泥 7 t , 水灰比为 1.3∶1.0 , 添加剂添加 量为 2 %, 控制初凝时间为 5 h 。 现场测试流动度为 281 mm , 水泥浆密度为 1.45 g cm3 。 施工时间为 3 h , 关井候凝 48 h 。开井 , 测试葡 Ⅰ 32 、 葡 Ⅰ33 两个层位 产液量为 0 , 达到了堵水并报废这两个层位的目的 。
Article ID :1000-3754 (2002) 01-0056-03 Project Design and Decision Making Assistant System of Petroleum
Reservoir QIU De-you (Exploration and Development Research Institute of
确定 水泥 浆的水 灰比 为 1.3∶1.0 , 养 护温 度为 45 ℃。加入不同的添加剂后 , 按照 API 标准测定水泥 浆的初 、 终凝时间 , 养护 24 h 后的抗压强度 如表 4 所示 。从中可见 , 所用的添加剂为一种缓凝剂 , 随添 加剂添加量的增加 , 初 、 终凝时间可明显延长 。 当添 加量为 2.0 %时 , 初凝时间约为 5 h , 可以满足现场 注入要求 。
表 1 超细水泥粒度分析
粒径 μm
>10
10 ～ 5
<5
重量 g
1.8
2.0
16.2
含量 %
9
10
81
1.2.2 不同水灰比下流动度与析水量的变化 按 API 标准测定超细水泥在 45 ℃下的流动度及
析水量如表 2 所示 。 当水灰比小于 1.5∶1.0 时 , 析水 量较少 , 超细水泥具有较强的稳定性 。 同时 , 超细水 泥流动度较高 , 流动性能较好 , 可以满足现场施工的 要求 。
结果见表 5 。 实验条件是水灰比为 1.3∶1.0 , 添加剂 添加量为 2.0 %。
表 5 温度对初凝时间的影响
温度 ℃
35
40
45
50
55
初凝时间
720
480
300
240
180
min
温度越高 , 初凝时间越短 。 对于不同的温度点 ,
可通过调节添加剂的添加量来控制初凝时间 。硅酸盐
类的凝结时间与温度之间的关系可以用 Arrhenius 方 程描述[ 5] 为
3 结论及认识
(1)超细水泥粒度小 , 稳定性高 , 塑性粘度及动 切力低 , 可用于现场堵水 、 报废油层作业 。
(2)超细水泥初 、 终凝时间短 , 必须加入相配伍 的缓凝剂 , 控制初 、 终凝时间在 4 ～ 10 h 之内 , 以满 足现场要求 。
(3)超细水泥技术把提高微小颗粒的穿透性与适 当的分散技术结合起来 。 超细水泥颗粒要比普通水泥 颗粒小 100 倍 。 在施加挤注压力时 , 普通水泥颗粒只 能挤塞跨过小的裂纹 , 而微小的超细水泥颗粒却能穿 透窄到 1.96 ×10-3in (1in =2.54 cm) 的开口 , 封堵 岩石地层 、 砾石填充以及减少漏失危险 , 封堵任何靠 近井眼的裂缝或沟槽 。
[ 5] 牛璐杰 .影响微 细水泥 凝结 时间的 因素 [ J] .油田 化学 , 1998 , (4).
编辑 :邵宪志
[ 4]
Vol.21 No.1 Petroleum Geology &Oilfield Development in Daqing Feb.2002
pressure and it' s derivative of partial open vertical fracture with dimensionless storage constant and skin are obtained by numerrical inversion of Laplace transforms .Finial a actual example is used to illustrate the method of well testing analysis for partial open vertical fracture . Key words:partial open;vertical fracture ;well testing analysis
表 4 超细水泥初 、 终凝时间和抗压强度
添加剂 %
0
0.5
1.0
1.5
2.0
初凝时间 wk.baidu.comin
70
105
159
226
300
终凝时间 min
125
157
201
267
334
抗压强度 MPa
4.72 4.59 4.48 4.37 4.21
1.2.5 温度对初凝时间的影响 在不同的温度下考察了超细水泥浆的初凝时间 ,
分别用天平称取 20 g 超细水泥倒入 10 μm 和5 μm 的筛子内 , 振动并用水缓冲 , 取筛中剩余物烘干 , 称 重 , 实验数据见表 1 。从中可见 , 超细水泥中 81 %的 颗粒直径小于 5 μm , 91 %的颗粒直径小于 10 μm , 粒
度分布范围比较窄 , 主要集中在 5 μm 以下 。
度和动切力 (表 3)。 当水灰比大于 1.0 时 , 超细水泥 浆塑性粘度小 , 动切力小 。
表 3 超细水泥浆流变性实验数据
水灰比 0.7 1.0 1.5 2.0
φ600 格 62 25 9.5 8.5
φ300 格 54 19 5.5 4.4
塑性粘度 (mPa·s) 动切力 Pa
Daqing Oil Field Company Ltd., Daqing 163712, China) Abstract :According to the actual characteristic of geology , we establish an assistant system with a top level both at home and abroad. Visul C ++6.0 and Visul Foxpro6.0 are used as packaging tool and application window .System development platform of task oriented is formed.The interface of data storage in software is realized by the function of ODBC (Open Database Connectivity)provided by system. In development , technique demand of software development methods is fulfilled with the most degree in practice .Both from top to bottom and top methods are used in software development.It is relative with the technique of program transform and software reuse .They supplement each other in software development.System is consist of database management, development index prediction, petroleum reservoir computation, formation containing water prediction , economic estimate and optimizing estimate of decision making . Key words:project design and decision making of petroleum reservoir ;ODBC ;Chaining
(4)挤水泥堵水工艺 , 对油井不具破坏性 , 施工 风险不大 , 一次作业总费用仅相当于一次化学堵水作 业投资的 25 %左右 。 因堵水效果好 , 能封 得死 , 固 得住 , 有效期几乎是永久的 , 对油井套管也有加固作 用。
参考文献 :
[ 1] 郭小阳 , 刘崇建 , 俞平分 .水泥浆对地层损害的 研究 [ J] .西 南 石油学院学报 , 1996 , (4).
表 2 不同水灰比下流动度与析水量
水灰比
0.7
1.0
1.3
1.5
1.7
2.0
流动度 cm 25.4 26.3 27.5 28.9 30.0 36.7
析水量 mL
0
0
2.5
4.9
9.5 15.5
1.2.3 流变性
超细水泥流变性用旋转粘度计按 API 标准进行 。 按照宾汉模式[ 4] 计算在不同水灰比下水泥浆的塑性粘