低密度水泥漿體系研究和應(yīng)用

1、關(guān)于低密度水泥漿體系的研究與應(yīng)用第1頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四一、室內(nèi)研究二、現(xiàn)場試驗(yàn) 三、效益分析 四、結(jié)論 目 錄第2頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四 吉林油田英臺(tái)、乾安、嫩字等地區(qū)地層情況復(fù)雜，為易漏失地層，特別是乾安地區(qū)裂縫極為發(fā)育，同時(shí)該地區(qū)青山口組和泉頭組地層油氣水十分活躍，層間夾層薄，給固井施工造成很大的難度，這就要求固井水泥漿體系在較低密度的情況下，具有良好的流動(dòng)性、合適的稠化時(shí)間、較高的抗壓強(qiáng)度和很小的失水量，因此，針對(duì)各個(gè)區(qū)塊的具體特點(diǎn)，開展了低密度系列配方的研究工作，并現(xiàn)場應(yīng)用，取得了很好的效果，使固井質(zhì)量有了突破

2、性的進(jìn)展，對(duì)延長油井使用壽命和提高采收率具有重大意義。第3頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四一、室 內(nèi) 研 究 1、英臺(tái)地區(qū)設(shè)計(jì)的水泥漿性能指標(biāo)為：密 度：1.401.50g/cm3流動(dòng)度：230mm稠化時(shí)間：90150min（4560，2030min，2030MPa）抗壓強(qiáng)度：14MPa（24h、0.1MPa、5070）以設(shè)計(jì)的水泥漿性能指標(biāo)為依據(jù)，進(jìn)行了室內(nèi)配方的優(yōu)選工作。選擇漂珠作為減輕劑，同時(shí)英臺(tái)地區(qū)油氣水竄問題較小，不要求控制失水，因此，應(yīng)用硅粉作為外摻料來穩(wěn)定體系，再通過早強(qiáng)劑SW、減阻劑USZ、緩凝劑GH1獲得合適的稠化時(shí)間和抗壓強(qiáng)度以及流動(dòng)性。通過大量的

3、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出了復(fù)合低密度水泥漿體系，各項(xiàng)性能見表1。第4頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四表1 復(fù)合低密度水泥漿體系性能數(shù)據(jù)表序號(hào)外加劑加量水灰比流動(dòng)度mm密度g/cm3稠化時(shí)間min抗壓強(qiáng)度MPaSWUSZGH1條件用時(shí)條件24h7d140.500.62401.494520min20MPa110500.1MP15.820240.500.62401.495020min24MPa98550.1MPa17.121.6340.300.62401.495525min26MPa120650.1MPa18.321.9440.300.62451.496025min28MPa128

4、750.1MPa19.622.1注：水泥：漂珠：硅粉80:12:8一、室 內(nèi) 研 究 第5頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四 從表1的數(shù)據(jù)可以看出，通過調(diào)整外加劑的加量可以獲得合適的流動(dòng)度、稠化時(shí)間，同時(shí)體系均具有較高的抗壓強(qiáng)度，能夠提高水泥石與第二界面的膠結(jié)強(qiáng)度，從而提高固井質(zhì)量。體系中還可以通過調(diào)整外摻料的比例獲得所需的密度（范圍在1.351.55 g/cm3）和稠化時(shí)間來滿足不同的固井施工要求。 2、乾安地區(qū) 乾安地區(qū)的地層更為復(fù)雜，因此是低密度體系的研究重點(diǎn)，根據(jù)乾安地區(qū)的地層特點(diǎn)以及現(xiàn)場固井施工要求設(shè)計(jì)了以下的性能指標(biāo)：密 度：1.501.65g/cm3流動(dòng)度

5、：220240mm稠化時(shí)間：90150min（7075，30min，35MPa）失水量:100ml(45,30min,7MPa)抗壓強(qiáng)度：14MPa（24h、0.1MPa、85）以設(shè)計(jì)的水泥漿性能指標(biāo)為依據(jù)，進(jìn)行了各項(xiàng)性能的優(yōu)選試驗(yàn)。 一、室 內(nèi) 研 究 第6頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四表2 降失水低密度體系密度數(shù)據(jù)表序號(hào)漂珠加量外加劑加量水灰比流動(dòng)度mm密度g/cm3ABC191.81.50.10.552401.662101.81.50.10.552301.623111.81.50.10.552301.594121.81.50.10.55201.565131.8

6、1.50.10.552301.53一、室 內(nèi) 研 究 控制好水泥漿的密度，是解決乾安地區(qū)固井易漏失的一個(gè)關(guān)鍵問題，為此，首先進(jìn)行了密度調(diào)節(jié)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。（1）密度第7頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四 從表2的數(shù)據(jù)可以看出，隨漂珠加量的增加，水泥漿密度降低，當(dāng)漂珠加量在1013時(shí)密度基本控制在1.50-1.65 g/cm3。 在優(yōu)選出密度的基礎(chǔ)上,通過調(diào)整降失水劑A的加量進(jìn)行失水量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。表3 降失水低密度體系失水量數(shù)據(jù)表序號(hào)漂珠加量外加劑加量水灰比流動(dòng)度mm密度g/cm3失水量mlABC條件失水量11011.50.10.552301.624530

7、min7MPa3062101.51.50.10.552301.62623101.81.50.10.552401.613041021.50.10.552401.6220一、室 內(nèi) 研 究 失水量第8頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四 從表3的數(shù)據(jù)可以看出，隨著降失水劑A加量的增加，低密度體系的失水量降低，當(dāng)A加量為1.8%時(shí)，降低到了50ml以下，這對(duì)保護(hù)油氣層，提高采收率具有重大的意義?？梢源蟠蟮慕档退酀{的瞬時(shí)失水，減少橋堵現(xiàn)象，降低泵送壓力，提高頂替效率，保證固井施工安全，提高固井質(zhì)量。 通過調(diào)整早強(qiáng)劑和緩凝劑可以獲得較高的強(qiáng)度和合適的稠化時(shí)間，具體數(shù)據(jù)見表4。一、

8、室 內(nèi) 研 究 稠化時(shí)間、抗壓強(qiáng)度優(yōu)選第9頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四表4 降失水低密度水泥漿稠化時(shí)間、抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)表序號(hào)漂珠加量外加劑加量水灰比流動(dòng)度mm密度g/cm3稠化時(shí)間min抗壓強(qiáng)度MPaABC條件用時(shí)條件強(qiáng)度1101.81.500.552301.627530min7MPa88850.1MPa24h172101.81.50.10.552301.929216.93101.81.50.150.552401.6110717.34101.81.50.180.552401.6212017.15101.81.50.20.552401.6215816.86121.81

9、.50.180.552401.6216516.2一、室 內(nèi) 研 究 第10頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四 從表中數(shù)據(jù)可以看出，通過早強(qiáng)劑B和緩凝劑C加量的調(diào)節(jié)可以獲得范圍較大的稠化時(shí)間和較高的強(qiáng)度，符合設(shè)計(jì)指標(biāo)，能夠滿足固井施工要求。 綜合以上性能，優(yōu)選出一組最佳方案： G級(jí)10漂珠1.8%A+1.5%B+0.1-0.2%C 3、嫩字地區(qū) 嫩字地區(qū)為易漏、易竄地區(qū)，井深在1600米，固井要考慮的主要問題是降低水泥漿的密度和失水量，有效保護(hù)油氣層和提高頂替效率，同時(shí)要求稠化時(shí)間合適，強(qiáng)度高，提高水泥環(huán)與第二界面的膠結(jié)質(zhì)量。設(shè)計(jì)以下性能指標(biāo)： 密 度：1.551.65g

10、/cm3 流動(dòng)度：220240mm 一、室 內(nèi) 研 究 第11頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四 稠化時(shí)間：90130min（52，30min，25MPa） 失水量:220mmb.初凝時(shí)間：30-70minc.終凝時(shí)間：10mind.稠化時(shí)間：40-120mine.高溫高壓失水：14MPag.流性指數(shù)：0.700.90h.稠度系數(shù)：0.1PaSN第21頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四 以設(shè)計(jì)指標(biāo)為依據(jù)，嚴(yán)格的執(zhí)行油井水泥外加劑的試驗(yàn)規(guī)程和操作規(guī)程，進(jìn)行了下列各項(xiàng)性能的研究優(yōu)選。 凝結(jié)時(shí)間優(yōu)選 在不同養(yǎng)護(hù)溫度下，調(diào)整LG加量，可以獲得不同的凝結(jié)時(shí)

11、間，通過反復(fù)的試驗(yàn)，優(yōu)選出LG加量為25，養(yǎng)護(hù)溫度3550的凝結(jié)時(shí)間，具體試驗(yàn)結(jié)果見表1。第22頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四表1 LG水泥漿常規(guī)性能數(shù)據(jù)表序號(hào)LG加量水灰比流動(dòng)度mm密度g/cm3養(yǎng)護(hù)溫度初凝時(shí)間min終凝時(shí)間min100.422401.924017835220.422601.9235365330.422601.9235535440.422601.9235665550.422601.9335854620.422601.9240354730.422601.9240454840.422601.9140614950.422601.92407441040.

12、422601.92505231150.422601.9250664第23頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四 從表1的數(shù)據(jù)可以看出，加入LG后，水泥漿體系的流動(dòng)度明顯提高，均大于260mm，改善了水泥漿的流變性，使入井水泥漿易紊流沖洗，降低了水泥漿的泵送難度，提高泵效，進(jìn)而提高頂替效率，有利于提高固井質(zhì)量。 從凝結(jié)時(shí)間數(shù)據(jù)可以看出，加入LG后的凝結(jié)時(shí)間較凈漿明顯縮短，養(yǎng)護(hù)溫度相同時(shí)，初凝時(shí)間隨加量的增加而變長，35養(yǎng)護(hù)時(shí)，2加量初凝時(shí)間36min，5加量初凝時(shí)間為85min，終凝時(shí)間都小于5min。表中凝結(jié)時(shí)間數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)指標(biāo)，可滿足5001500米調(diào)整井的固井施工要求，

13、它的明顯優(yōu)勢(shì)是可大大減小地下油、氣、水侵入水泥漿中，使水泥漿凝結(jié)時(shí)間變長，甚至不凝，導(dǎo)致環(huán)空竄槽的可能性，有利于保證固井質(zhì)量，提高采收率。 稠化時(shí)間、失水、抗壓強(qiáng)度優(yōu)選在優(yōu)選出凝結(jié)時(shí)間的基礎(chǔ)上，在室內(nèi)進(jìn)行了LG加量不同的水泥漿稠化時(shí)間、失水、抗壓強(qiáng)度三大主要性能的優(yōu)選，性能數(shù)據(jù)見表2。 第24頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四 表2 LG水泥漿稠化時(shí)間、失水、抗壓強(qiáng)度性能數(shù)據(jù)表序號(hào)LG加量稠化時(shí)間min失水量ml抗壓強(qiáng)度MPa條件用時(shí)條件失水條件24h7d123019min13MPa初稠10Bc52min-20Bc61min-70Bc4530min7MPa102400.

14、1MPa14.830.6234019min13MPa初稠10Bc65min-20Bc70min-70Bc4530min7MPa45400.1MPa1631.4344019min13MPa初稠10Bc110min-20Bc114min-70Bc4530min7MPa32400.1MPa18.432.4455020min15MPa初稠10Bc90min-20Bc96min-70Bc4530min7MPa29400.1MPa19.235.4506025min28MPa初稠10Bc142min-70Bc4530min7MPa1208400.1MPa14.625.4第25頁，共36頁，2022年，5月2

15、0日，19點(diǎn)19分，星期四 從表中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可以看出，各項(xiàng)性能均符合設(shè)計(jì)指標(biāo)，能滿足固井施工要求，特別是稠化時(shí)間，初稠小于10Bc,20Bc時(shí)稠化時(shí)間就足以滿足施工要求。20Bc至70Bc只有幾分鐘，呈明顯的直角效應(yīng)，稠化時(shí)間可調(diào)性強(qiáng)，可適用不同井深固井，能有效的防止油氣水竄。從失水的數(shù)據(jù)可以看出，隨LG加量的增加，失水量明顯降低，且不影響其他性能，有利于保護(hù)油氣層，提高采收率。24h抗壓強(qiáng)度凈漿14.6MPa，加量2時(shí)為14.8MPa，比凈漿提高了1.4%，加量5時(shí)為19.2MPa，比凈漿提高了31.5%，后期強(qiáng)度7天也明顯高于凈漿水泥石，并且LG加量越多，抗壓強(qiáng)度提高的幅度越大。 LGA水

16、泥漿膠結(jié)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)用自制的模擬實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)水泥石進(jìn)行了膠結(jié)強(qiáng)度對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。第26頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四表3 水泥漿膠結(jié)強(qiáng)度數(shù)據(jù)表 溫度 膠結(jié)強(qiáng)度KpaLG加量3540455002.182.823.003.0333.874.364.486.0555.085.556.657.74 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水泥漿加入LG早強(qiáng)防竄劑后膠結(jié)強(qiáng)度均高于凈漿水泥石，而且加量越大，膠結(jié)強(qiáng)度提高幅度越大。第27頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四加量為3時(shí)，膠結(jié)強(qiáng)度6.05Kpa，比凈漿的3.03Kpa提高了50，加量5時(shí)，膠結(jié)強(qiáng)度比凈漿提高了60.9

17、%，從數(shù)據(jù)分析可以看出：早強(qiáng)防竄水泥外加劑配制水泥漿可大大提高水泥石與第一界面和第二界面的膠結(jié)強(qiáng)度，有利于提高固井質(zhì)量。 早強(qiáng)防竄水泥漿流變性能的優(yōu)選。試驗(yàn)結(jié)果見表4：PaSn 流變指數(shù) 無因次加量流變性nK(PaSn)00.50491.413820.56240.792830.70880.295140.87910.093850.92300.121260.98690.0668第28頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四 從表中數(shù)據(jù)可以看出，隨LG加量的增加，流變指數(shù)增加。原漿的n值為0.5049，2LG水泥漿n值為0.5624，比凈漿提高了11.4%，3加量時(shí)比凈漿提高了82

18、.8%，由n值變化明顯看出，早強(qiáng)防竄劑提高了水泥漿的n值，加量越大，n值越接近1。 從表中數(shù)據(jù)可以看出，加有LG的水泥漿k值明顯下降，2加量時(shí)比凈漿降低了43.9%；4加量時(shí)比凈漿降低了93.4%。這說明該早強(qiáng)防竄劑的加入能降低水泥漿的稠度系數(shù),減小流動(dòng)阻力，有利于提高頂替效率和固井質(zhì)量。 通過以上大量的水泥漿性能試驗(yàn)結(jié)果表明，LG是一種高效水泥外加劑。用LG調(diào)配的水泥漿具有良好的性能，初凝時(shí)間合適，終凝時(shí)間小于5分鐘，稠化時(shí)間可調(diào)，低失水，強(qiáng)度高。因此，LG是一種理想的水泥外加劑。綜合性能數(shù)據(jù)見表5。第29頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四表5 LG水泥漿性能數(shù)據(jù)表L

19、G加量水灰比流動(dòng)度mm密度g/cm3養(yǎng)護(hù)溫度初凝時(shí)間min終凝時(shí)間min稠化時(shí)間min失水量24h抗壓強(qiáng)度MPank240.42大于2601.9235-503652561-1101003214.8-18.40.560.880.0790.094第30頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四 通過大量的室內(nèi)物理化學(xué)研究，優(yōu)選出了LG多作用高效水泥外加劑。其水泥漿體系具有低失水、高流動(dòng)性、高機(jī)械強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間可調(diào)、稠化曲線呈直角效應(yīng)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。它可滿足我油田調(diào)整井的固井施工要求。保證固井質(zhì)量，提高固井優(yōu)質(zhì)率。同時(shí)通過實(shí)踐對(duì)比，采用以下工藝和措施：固井前降低泥漿粘度、切力、密度，使用

20、初稠小、流動(dòng)性好的水泥漿固井。根據(jù)每口井的具體情況使用合理壓差固井，有效防止對(duì)產(chǎn)層的傷害。采取配套使用沖洗液的方法，以提高頂替效率。井身質(zhì)量合格，井徑規(guī)則，確保套管居中。二、現(xiàn)場試驗(yàn)第31頁，共36頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)19分，星期四 在這些措施的保障下，我們?cè)诂F(xiàn)場不同地區(qū)、不同井深試驗(yàn)了43口井，固井合格率100，優(yōu)質(zhì)率78.81%，較用其他體系有了大幅度的提高。其中現(xiàn)場跟蹤19口井，主要是木頭地區(qū)、扶余地區(qū)、西部斜坡，都獲得了滿意的效果，現(xiàn)場水泥漿性能穩(wěn)定，符合室內(nèi)試驗(yàn)及設(shè)計(jì)指標(biāo)。木頭地區(qū)同期用其他外加劑固井66口，其中有12口不合格，而用LG固井12口，合格率100，固井合格率提高了12.12%。我們對(duì)同排井固井質(zhì)量做了具體統(tǒng)計(jì)對(duì)比，其中木152排共固