低密度非渗透胶乳水泥浆防窜性能研究

为满足高温井固井对防气窜水泥的特殊要求,研制出了一种高温防气窜胶乳水泥浆体系。胶乳由苯乙烯(st)、丁二烯(bd)、聚乙烯醇等制备而成,具有稳定性好的特点。介绍了胶乳的制备条件,室内评价并分析了胶乳的高温降失水性能、耐温性能以及胶乳水泥石的性能。利用美国chandler公司7150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x′pertprox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,研究了胶乳水泥浆的耐腐蚀性能。

对丁苯胶乳水泥浆的泥浆稠化性能、防气窜性、水泥石的抗冲击性及弹性进行了室内研究,并通过采用丁苯胶乳与降失水剂的复配对降失水性进行探讨,研究表明:丁苯胶乳的加入增强了水泥石的抗冲击性及弹性,复配后水泥浆的降失水性性能很好。

哈萨克斯坦mynteke油田属典型的窄压力窗口固井地区,其上部有活跃的浅层气,下部地层破裂压力低,钻井液密度在1.05～1.10g/cm3范围内时仍有井漏发生。用常规低密度水泥浆固井后,水泥胶结较差,部分井口有冒气现象。为有效防止气窜,提高固井质量,研究出一种适合该区块的非渗透抗窜低密度水泥浆体系。该水泥浆体系具有低密度可调、流动性好、抗压强度高,失水低、稠化过渡时间短等良好的工程性能。通过室内实验和5口井的现场成功应用表明,非渗透抗窜低密度水泥浆体系能满足该地区浅层气窜和低压漏失的固井施工作业的需求。

陆东五彩湾地区油气井固井过程中气侵、气窜严重,而现有的防窜水泥浆体系防窜作用单一,很难满足固井要求。为解决这种问题,提出用胶乳水泥浆体系来防窜。通过实验,从应用广泛的固井胶乳中优选出性能优良的胶乳,为进一步加强其防窜和降失水性能,使其与高性能降失水剂复合,添加适量外加剂,形成新型防气窜胶乳水泥浆体系;进而研究了不同温度条件下胶乳水泥浆体系对稠化时间、流变性、降失水、抗压强度的影响。结果表明:该胶乳水泥浆体系具有较强的抗温防窜性能,能完全满足该地区的固井要求。

胶乳水泥浆体系已广泛应用于大位移井、分支井、大斜度井、调整井和小井眼井等疑难井的固井,用以提高水泥浆的防气窜和控制失水能力,同时改善水泥石的胶结性能、韧性和防腐蚀能力。但是,由于盐的存在会使胶乳双电层的zeta电位降低,从而破坏胶乳的稳定性,导致胶乳在盐水中发生絮凝,因而限制了其在含盐岩层(盐层、盐膏层、盐水层)和水敏地层等复杂井的使用。针对这一难题,实验室研发并在国内首报了一种耐盐胶乳水泥浆体系,采用动态光散射、zeta电位仪、差示扫描热分析仪以及热重分析仪对其粒径、稳定性、玻璃化温度以及热稳定性进行了分析描述;还开发了配套的耐盐缓凝剂以及降失水剂,并研究了盐含量为15%bwow时耐盐胶乳水泥浆体系的性能。对该耐盐胶乳水泥浆体系性能的研究结果表明:①能耐饱和氯化钙溶液、饱和盐水以及耐250℃高温;②具有流变性好、失水量小、防气窜等优点;③可满足含盐岩层井和含水敏地层井固井要求。

为了有效提高水平井水泥环胶结强度,提高固井质量,通过对现有胶乳添加剂的改善和优选,开发出一种新型胶乳水泥浆体系。对该体系的失水控制、防漏失性能、流变性、稳定性、稠化时间及水泥石力学性能进行了室内实验。实验表明,胶乳水泥浆具有良好的流变性和较高的沉降稳定性,能有效控制失水、防止环空窜流;水泥石的渗透率低、弹性及抗拉强度高、抗冲击能力强;能有效提高第一界面和第二界面的胶结强度,延长水平井寿命。

研制出一种在-15℃的环境下仍能保持良好流动性的抗冻丁苯胶乳pc-cgr66l-t。室内研究发现,用pc-cgr66l-t配制的胶乳水泥浆具有较好的强度和滤失性能,较短的稠化转化时间,较好的抗海水侵污能力,渗透率低,凝胶强度发展快,抗窜能力强,适合于寒冷地域油田或冬季固井作业。

通过室内实验研究,优选出了与丁苯胶乳配套的外加剂,包括分散剂、稳定剂、缓凝剂等,形成了适合不同温度下的胶乳水泥浆体系,并通过扫描电镜和x射线衍射仪对胶乳水泥石的耐腐蚀性能进行了研究,同时进行了水泥石抗压强度、抗折强度和渗透率实验。结果表明,该丁苯胶乳水泥石的抗压、抗折强度高、耐腐蚀性好,该体系具有广泛的推广应用价值。

针对庆深气田深井气井防气窜固井的需求,在胶乳水泥浆基础上,通过加入纤维和膨胀剂研制出了微膨增韧胶乳防气窜水泥浆。用冲击功实验和水泥浆膨胀仪对纤维和膨胀剂的适宜加量进行了优选。性能评价结果表明,加入0.5%纤维和1.5%~2.0%膨胀剂,对水泥浆的流动度、游离液、失水无影响,但提高了水泥石抗压强度;该水泥浆具有理想的直角稠化曲线,有利于防止气窜的发生,而且稠化时间可调。该水泥浆在庆深气田4口深井气井中进行了试验应用,4口井均没有发生气窜且固井质量好,表明,该水泥浆能够满足深井气井固井施工的要求。

对室内合成胶乳进行了粒径测试,室内研究了胶乳加量对水泥浆基本性能的影响,得出胶乳可有效改善水泥浆的失水性能,增强水泥石的韧性,提高水泥环的密封性,有助于提高固井胶结质量,据此优选出了胶乳防窜水泥浆体系,对其静胶凝强度发展、防窜性能等作了相关评价,其胶凝强度过渡很快,防气窜测试无气窜发生,具有良好的防窜效果。并介绍了该胶乳防窜体系在毛坝7井的现场应用。

为了研究co2腐蚀水泥石的机理,并开发出适合某气田群固井水泥石的缓蚀剂,室内合成并筛选了符合防co2腐蚀水泥石原理的缓蚀剂pc-cb86l。实验从水泥石孔隙结构影响因素、养护温度、养护压力以及养护时间都对水泥石的腐蚀产生影响及对比pva水泥石、胶乳水泥石和非渗透性聚合物胶乳水泥石的渗透性,研究发现该非渗透缓蚀剂与胶乳水泥浆体系具有良好的相容性,加有pc-cb86l非渗透剂的水泥浆体系渗透率降低率达到98.94%,水泥石与pva聚乙烯醇水泥浆制备的水泥石比较,开始产生渗透现象的初始压力达到6倍,体现出非渗透胶乳聚合物水泥石具有较强的抗co2和h2s等腐蚀能力,具有防气窜和抗腐蚀的功能,满足某气田群开发的固井作业要求。

低密度固井水泥浆技术

利用颗粒级配和紧密堆积理论,制备了密度为1.20～1.30g/cm~3的微细水泥/漂珠低密度水泥浆体系。确定了其最佳配方:微细水泥与g级油井水泥质量比为1:1,微硅加量6.0%,降失水剂sz1-2加量1.5%,早强剂ck21加量2.0%,分散剂sxy加量1.4%,漂珠加量30%～60%,空心玻璃珠加量10%～20%,水灰比0.58～0.62。在50℃下,考察了该低密度水泥浆的抗压强度、失水性、流变性等,结果表明,该体系具有早期强度高、稳定性好、稠化时间可调等优点,适用于低压易漏地层及超长封固段的固井施工。

胜利油田对矿渣低密度水泥浆固井技术通过近两年的室内试验,研究出适合胜利油田的矿渣低密度水泥浆固井技术,对解决胜利油田低压易漏井固井和提高固井质量有重要的现实意义。文中着重介绍了矿渣膨润土低密度水泥浆的配比优选,浆体性能的优化及矿渣水泥浆的应用等。

常规低密度水泥浆固井中存在水泥石抗压强度低、水泥浆游离液含量大、浆体稳定性差等突出问题,满足不了油层固井需要。为保护油气层、提高固井质量,通过深入研究,从筛选和优化水泥、外掺料及配伍外加剂入手,开发了高强度低密度水泥浆体系;并通过采取新工艺、强化技术措施,有效解决了油层固井中遇到的一系列问题,在中国科探1井、4000m以上深井、煤层气井以及浅层稠油井等40余口井进行了油层固井作业,固井一次成功率100%,质量优良率90.5%,达到了满意的效果。

玉门青西油田属于裂隙性油藏,由于井深、封固段长、多套压力体系共存、井眼条件较差、温度高及封固层段上下温差大等问题,固井难度较大。前期采用常规加砂水泥浆体系,虽基本解决了完井固井质量问题,但对油层污染较大,后引进低密度水泥浆体系,固井质量优质率达85%以上,油藏采收率得以大幅提高,应用效果良好。

漂珠低密度水泥浆在解决低压易漏地层和低压长封固段固井中得到了广泛应用,为更好的掌握漂珠对低密度水泥浆性能的影响情况,通过室内实验研究,考查了搅拌速度对漂珠低密度水泥浆密度的影响情况,分析了不同压力条件下对不同细度的漂珠低密度水泥浆密度及其水泥浆流变性能的影响规律,研究了漂珠对低密度水泥石强度等影响规律,为漂珠低密度水泥浆的现场应用提供了借鉴作用。优选出了综合性能优良的漂珠复合低密度水泥浆体系及配方,在塔河油田进行了推广应用,取得了良好的固井效果。

针对目前低密度水泥浆抗压强度偏低,无法满足封固生产套管的不足,在分析低密度水泥浆配制关键技术的基础上,通过优选合适的中空微珠减轻剂、研制高性能促凝剂和选择合理的dinger-funk方程紧密堆积计算模型,开发出密度1.30～1.50g/cm3高强低密度水泥浆hplc体系。测试结果表明,hplc体系无游离液、浆体稳定、流变性好、api失水量≤37ml/30min、稠化时间满足施工要求、低温早强和水泥石抗压强度高等优异性能,完全能够满足封固生产套管的抗压强度要求,有助于通过低压固井来实现保护油层目的。

胶乳水泥浆在配制过程中易产生大量气泡,普通消泡剂无法消除,不仅给现场配浆带来困难,还易造成气窜、井喷等安全问题。实验研究表明,胶乳泡沫严重影响水泥浆密度、抗压强度以及稠化性能,使用消泡剂可改善水泥浆性能。利用简易密度恢复率方法对各种类型消泡剂在不同胶乳加量下的消泡能力及最优加量进行了评价,优选出2种消泡剂xpc-502和bp+xp-1。研究表明,在胶乳加量为5%～20%时,2种消泡剂的密度恢复率都较大,且浆体流变性好、水泥石强度大、失水易控制、稠化性能稳定,为胶乳水泥浆消泡剂的使用提供了新的选择。

针对ksk油田固井中的油气水窜问题,开展了lx600胶乳防窜水泥浆体系研究工作,并进行了室内实验评价,认为水泥浆体系具有抗高温、低失水、沉降稳定性好、过渡时间短、直角稠化和防气窜等综合性能。lx600胶乳水泥浆体系在ksk油田应用了55口井,应用效果进一步表明,该水泥浆体系能够有效提高双界面胶结质量,解决固井中的油气水窜问题。

水泥浆的性能是固井的关键,直接决定着一口井固井质量的好坏,水泥浆密度、稠化时间、强度、析水等一系列指标都改变水泥浆性能。根据水泥外加剂的作用,经过室内研究,在水泥浆中加入降失水剂、分散剂、调凝剂、消泡剂等外加剂,优选出适合该区块固井的防油气水窜双凝双密度水泥浆体系。在某生产油井固井现场试验,固井质量合格率100%,优质率98%以上,取得了良好的效果。

因为引起的井漏而出现的固井失败,常常会出现在压力系数低或是特别是裂缝型以及溶洞型碳酸盐岩地层易漏地层固井中。使用常规密度1.88g/cm3的水泥浆固井,非常容易引起井漏,造成固井失败,严重影响固井质量。根据dwq易漏地层的固井需求,并结合实际要求和需求调和出应对这种状况最佳比例的低密度水泥浆,并保证低密度水泥浆具有应该有的强度,从而运用在dwq易漏地层的固井难点上,达到了隔封地层的目的。