低密度水泥漿體系的研究與應(yīng)用

關(guān)于低密度水泥漿體系的研究與應(yīng)用第1頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月一、室內(nèi)研究二、現(xiàn)場試驗三、效益分析四、結(jié)論

目錄第2頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

吉林油田英臺、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，具有良好的流動性、合適的稠化時間、較高的抗壓強度和很小的失水量，因此，針對各個區(qū)塊的具體特點，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)量有了突破性的進(jìn)展，對延長油井使用壽命和提高采收率具有重大意義。第3頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月一、室內(nèi)研究

1、英臺地區(qū)設(shè)計的水泥漿性能指標(biāo)為：密度：1.40－1.50g/cm3流動度：＞230mm稠化時間：90－150min（45－60℃，20－30min，20－30MPa）抗壓強度：＞14MPa（24h、0.1MPa、50－70℃）以設(shè)計的水泥漿性能指標(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，同時英臺地區(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，再通過早強劑SW、減阻劑USZ、緩凝劑GH－1獲得合適的稠化時間和抗壓強度以及流動性。通過大量的室內(nèi)實驗，優(yōu)選出了復(fù)合低密度水泥漿體系，各項性能見表1。第4頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月表1復(fù)合低密度水泥漿體系性能數(shù)據(jù)表序號外加劑加量％水灰比流動度mm密度g/cm3稠化時間min抗壓強度MPaSWUSZGH－1條件用時條件24h7d140.500.62401.4945℃20min20MPa11050℃0.1MP

15.820240.500.62401.4950℃20min24MPa9855℃0.1MPa17.121.6340.300.62401.4955℃25min26MPa12065℃0.1MPa

18.321.9440.300.62451.4960℃25min28MPa12875℃0.1MPa

19.622.1注：水泥：漂珠：硅粉＝80:12:8一、室內(nèi)研究第5頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

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度、稠化時間，同時體系均具有較高的抗壓強度，能夠提高水泥石與第二界面的膠結(jié)強度，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1.35—1.55g/cm3）和稠化時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，根據(jù)乾安地區(qū)的地層特點以及現(xiàn)場固井施工要求設(shè)計了以下的性能指標(biāo)：密度：1.50－1.65g/cm3流動度：220－240mm稠化時間：90－150min（70－75℃，30min，35MPa）失水量:<100ml(45℃,30min,7MPa)抗壓強度：＞14MPa（24h、0.1MPa、85℃）以設(shè)計的水泥漿性能指標(biāo)為依據(jù)，進(jìn)行了各項性能的優(yōu)選試驗。

一、室內(nèi)研究第6頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月表2降失水低密度體系密度數(shù)據(jù)表序號漂珠加量％外加劑加量％水灰比流動度mm密度g/cm3ABC191.81.50.10.552401.662101.81.50.10.552301.623111.81.50.10.552301.594121.81.50.10.55201.565131.81.50.10.552301.53一、室內(nèi)研究控制好水泥漿的密度，是解決乾安地區(qū)固井易漏失的一個關(guān)鍵問題，為此，首先進(jìn)行了密度調(diào)節(jié)試驗，試驗結(jié)果見表2。（1）密度第7頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

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10－13％時密度基本控制在1.50-1.65g/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，試驗結(jié)果見表3。表3降失水低密度體系失水量數(shù)據(jù)表序號漂珠加量％外加劑加量％水灰比流動度mm密度g/cm3失水量mlABC條件失水量11011.50.10.552301.6245℃30min7MPa3062101.51.50.10.552301.62623101.81.50.10.552401.613041021.50.10.552401.6220一、室內(nèi)研究⑵失水量第8頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

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，降低到了50ml以下，這對保護(hù)油氣層，提高采收率具有重大的意義。可以大大的降低水泥漿的瞬時失水，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)整早強劑和緩凝劑可以獲得較高的強度和合適的稠化時間，具體數(shù)據(jù)見表4。一、室內(nèi)研究⑶稠化時間、抗壓強度優(yōu)選第9頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月表4降失水低密度水泥漿稠化時間、抗壓強度數(shù)據(jù)表序號漂珠加量％外加劑加量％水灰比流動度mm密度g/cm3稠化時間min抗壓強度MPaABC條件用時條件強度1101.81.500.552301.6275℃30min7MPa8885℃0.1MPa24h172101.81.50.10.552301.929216.93101.81.50.150.552401.6110717.34101.81.50.180.552401.6212017.15101.81.50.20.552401.6215816.86121.81.50.180.552401.6216516.2一、室內(nèi)研究第10頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

從表中數(shù)據(jù)可以看出，通過早強劑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間和較高的強度，符合設(shè)計指標(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＋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，同時要求稠化時間合適，強度高，提高水泥環(huán)與第二界面的膠結(jié)質(zhì)量。設(shè)計以下性能指標(biāo)：密度：1.55－1.65g/cm3

流動度：220－240mm

一、室內(nèi)研究第11頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

稠化時間：90－130min（52℃，30min，25MPa）失水量:<100ml(52℃,30min,7MPa)

抗壓強度：＞14MPa（24h、0.1MPa、65℃）以設(shè)計的水泥漿性能指標(biāo)為依據(jù)，通過室內(nèi)優(yōu)選試驗，得出最佳的水泥漿配方為：

G級＋13％漂珠＋1.5RC+1.5%B

其體系的各項性能為：密度：1.60g/cm3

流動度：240mm

稠化時間：115min

失水量：30ml24h抗壓強度：19.0MPa

各項性能符合設(shè)計指標(biāo)，滿足固井施工要求。一、室內(nèi)研究第12頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二、現(xiàn)場實驗

在室內(nèi)試驗性能滿意的情況下，根據(jù)生產(chǎn)情況分別進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，現(xiàn)場水泥漿性能符合指標(biāo)及室內(nèi)試驗結(jié)果，固井施工順利。應(yīng)用復(fù)合低密度體系在英臺地區(qū)共固井300多口，固井合格率100％，優(yōu)質(zhì)率86.5%，低密度降失水體系在乾安地區(qū)固井420口，合格率100％，優(yōu)質(zhì)率75.5%，在嫩字地區(qū)固井58口，合格率100％，優(yōu)質(zhì)率85.52%，優(yōu)質(zhì)率均較其它體系提高20％以上，使吉林油田中深井的固井難題得到了解決，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，推廣應(yīng)用前景十分可觀。第13頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月三、效益分析

固井質(zhì)量的提高，有利于保護(hù)油氣層，對后繼采油穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)起到不可估量的作用。據(jù)調(diào)查，固井不合格的井平均年修井次數(shù)要增加一倍，每次修井費用需數(shù)千元，并且，從延長油井使用壽命來說，優(yōu)質(zhì)井要比合格井延長使用壽命5年以上，可創(chuàng)效1000元*1.5噸/天*240天/年*5年＝180萬元，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，推廣應(yīng)用前景十分可觀。第14頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月四、結(jié)論通過以上的室內(nèi)研究及現(xiàn)場試驗得出結(jié)論：1、水泥漿流變性好，可泵時間長，降低替液壓力，提高頂替效率。2、低密度體系早期強度高，能提高固井水泥石的膠結(jié)質(zhì)量。3、低密度體系稠化時間合適，可調(diào)范圍較大，可適應(yīng)不同井深范圍固井施工要求。4、低密度水體系失水量均小于50ml，這對提高頂替效率，保護(hù)油氣層，提高采收率具有重大意義。5、較好的解決了吉林油田中深井固井易漏失和易竄的技術(shù)難題。6、固井質(zhì)量有了大幅度的提高，推廣應(yīng)用前景十分可觀。第15頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

調(diào)整井固井技術(shù)在吉林油田的研究與應(yīng)用第16頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

目

錄一、室內(nèi)研究二、現(xiàn)場試驗三、效益分析四、結(jié)論第17頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

吉林油田每年有幾百口調(diào)整井，是吉林油田增產(chǎn)創(chuàng)效的重要力量，這些井井深都在500－1500米，井底溫度較低，由于在長期注水開采，地下情況十分復(fù)雜，地下流體分布難以掌握，地下水氣竄問題嚴(yán)重影響了固井質(zhì)量和后繼采油、強化采油等后期作業(yè)，嚴(yán)重者甚至造成固井失敗，導(dǎo)致無法彌補的經(jīng)濟(jì)損失。因此急待解決固井水泥漿防竄問題。根據(jù)老區(qū)調(diào)整井完井的要求和特點，特別是易水竄地區(qū),要提高固井質(zhì)量，最主要的問題是必須使水泥漿具有良好的防竄能力，這就要求水泥漿在良好的流動性下,具有失水低、凝結(jié)時間短、形成的水泥石滲透率低、早強強度高、水泥與地層和套管兩界面膠結(jié)良好的優(yōu)點，因此在調(diào)整水泥漿性能時往往要加入多種外加劑，如改善流動性的分散劑、提高強度的早強劑、降低失水量的降失水劑，這些加入多種外加劑的方法往往帶來許多新的矛盾和問題。具體表現(xiàn)在：1)外加劑間配伍性和相溶性差。2)外加劑相互副作用。3)現(xiàn)場施工繁瑣、不易掌握、第18頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月性能難以保證和調(diào)節(jié)。4)明顯增加固井成本，使實際應(yīng)用受到極大的限制。這些因素導(dǎo)致水泥漿體系難以有效的封竄和提高固井質(zhì)量。因此，研究應(yīng)用一種新型水泥漿外加劑來形成早強抗竄水泥漿體系，應(yīng)用高分子聚合物的化學(xué)物理原理、水化膨脹機理和鏈交接機理，從多方位來控制地層水氣竄，同時采用恰當(dāng)?shù)氖┕すに?，以提高固井質(zhì)量。其意義和技術(shù)經(jīng)濟(jì)價值在于：使用一種水泥外加劑使水泥漿具有高流動性、低失水、早強、低滲、微膨脹等特性，使水泥漿和地層及套管界面良好膠結(jié)，實現(xiàn)有效封竄，同時便于現(xiàn)場施工和掌握，易于推廣應(yīng)用。該技術(shù)應(yīng)用以來共固井43口，合格率100％，優(yōu)質(zhì)率78.81%，有了極大的提高，該成果是一項嶄新的技術(shù)，具有相當(dāng)高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。第19頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月1、作用機理探討a、減阻分散作用機理：LG改變水泥顆粒的表面性質(zhì)和膠體的電動特性及形成洛合物，拆散了水泥漿體系的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和阻止了聚合物分子自身的橋聯(lián)，釋放出被包裹的拌和水并束縛在水泥顆粒的表面，隨水泥顆粒表面一起流動，使水泥顆粒分散性和穩(wěn)定性提高，流動性變好，有利于提高頂替效率，達(dá)到提高固井質(zhì)量目的。b、降低失水量的作用機理：LG增強了水泥顆粒和濾餅的負(fù)電荷密度，拆散了水泥漿體系的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使水泥顆粒均勻分布，形成牢固的吸附水化層，有效固定水泥漿體系中的游離水，構(gòu)成彈性膠粒和液膜，縮小濾餅的孔隙和增大濾失阻力。其主要是改善濾餅的質(zhì)量。一、室內(nèi)研究第20頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月c

、提高強度作用機理：加速水泥水化的速度，使結(jié)晶一沉淀更充分、更完善，降低水泥石的滲透率和孔隙率，形成致密的水泥石，形成鏈交接、縮小孔隙體積，使水泥顆粒更緊密排列，同時增加水泥石的韌性，使水泥石的強度提高。2、配方研究根據(jù)吉林油田調(diào)整井水竄嚴(yán)重這個難題，以及調(diào)整井的分布情況和井深不同，設(shè)計形成以下性能指標(biāo)：a.流動度：>220mmb.初凝時間：30-70minc.終凝時間：<10mind.稠化時間：40-120mine.高溫高壓失水：<250mlf.24h抗壓強度：>14MPag.流性指數(shù)：0.70—0.90h.稠度系數(shù)：<0.1PaSN第21頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

以設(shè)計指標(biāo)為依據(jù)，嚴(yán)格的執(zhí)行油井水泥外加劑的試驗規(guī)程和操作規(guī)程，進(jìn)行了下列各項性能的研究優(yōu)選。

⑴凝結(jié)時間優(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)時間，通過反復(fù)的試驗，優(yōu)選出LG加量為2－5％，養(yǎng)護(hù)溫度35－50℃的凝結(jié)時間，具體試驗結(jié)果見表1。第22頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月表1LG水泥漿常規(guī)性能數(shù)據(jù)表序號LG加量％水灰比流動度mm密度g/cm3養(yǎng)護(hù)溫度℃初凝時間min終凝時間min100.422401.924017835220.422601.9235365330.422601.9235535440.422601.9235665550.422601.9335854620.422601.9240354730.422601.9240454840.422601.9140614950.422601.92407441040.422601.92505231150.422601.9250664第23頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

從表1的數(shù)據(jù)可以看出，加入LG后，水泥漿體系的流動度明顯提高，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)時間數(shù)據(jù)可以看出，加入LG后的凝結(jié)時間較凈漿明顯縮短，養(yǎng)護(hù)溫度相同時，初凝時間隨加量的增加而變長，35℃養(yǎng)護(hù)時，2％加量初凝時間36min，5％加量初凝時間為85min，終凝時間都小于5min。表中凝結(jié)時間數(shù)據(jù)符合設(shè)計指標(biāo)，可滿足500－1500米調(diào)整井的固井施工要求，它的明顯優(yōu)勢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。

⑵稠化時間、失水、抗壓強度優(yōu)選在優(yōu)選出凝結(jié)時間的基礎(chǔ)上，在室內(nèi)進(jìn)行了LG加量不同的水泥漿稠化時間、失水、抗壓強度三大主要性能的優(yōu)選，性能數(shù)據(jù)見表2。第24頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

表2LG水泥漿稠化時間、失水、抗壓強度性能數(shù)據(jù)表序號LG加量％稠化時間min失水量ml抗壓強度MPa條件用時條件失水條件24h7d1230℃19min13MPa初稠<10Bc52min-20Bc61min-70Bc45℃30min7MPa10240℃0.1MPa14.830.62340℃19min13MPa初稠<10Bc65min-20Bc70min-70Bc45℃30min7MPa4540℃

0.1MPa1631.43440℃19min13MPa初稠<10Bc110min-20Bc114min-70Bc45℃30min7MPa3240℃

0.1MPa18.432.44550℃20min15MPa初稠<10Bc90min-20Bc96min-70Bc45℃30min7MPa2940℃

0.1MPa19.235.45060℃25min28MPa初稠<10Bc

142min-70Bc45℃30min7MPa120840℃

0.1MPa14.625.4第25頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

從表中的各項數(shù)據(jù)可以看出，各項性能均符合設(shè)計指標(biāo)，能滿足固井施工要求，特別是稠化時間，初稠小于10Bc,20Bc時稠化時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)，稠化時間可調(diào)性強，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抗壓強度凈漿14.6MPa，加量2％時為14.8MPa，比凈漿提高了1.4%，加量5％時為19.2MPa，比凈漿提高了31.5%，后期強度7天也明顯高于凈漿水泥石，并且LG加量越多，抗壓強度提高的幅度越大。

⑶LGA水泥漿膠結(jié)強度的實驗用自制的模擬實驗裝置對水泥石進(jìn)行了膠結(jié)強度對比實驗，實驗結(jié)果見表3。第26頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月表3水泥漿膠結(jié)強度數(shù)據(jù)表

溫度℃膠結(jié)強度Kpa

LG加量％3540455002.182.823.003.0333.874.364.486.0555.085.556.657.74

實驗結(jié)果表明，水泥漿加入LG早強防竄劑后膠結(jié)強度均高于凈漿水泥石，而且加量越大，膠結(jié)強度提高幅度越大。第27頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月加量為3％時，膠結(jié)強度6.05Kpa，比凈漿的3.03Kpa提高了50％，加量5％時，膠結(jié)強度比凈漿提高了60.9%，從數(shù)據(jù)分析可以看出：早強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)強度，有利于提高固井質(zhì)量。

⑷早強防竄水泥漿流變性能的優(yōu)選。試驗結(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，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

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0.5049，2％LG水泥漿n值為0.5624，比凈漿提高了11.4%，3％加量時比凈漿提高了82.8%，由n值變化明顯看出，早強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％加量時比凈漿降低了43.9%；4％加量時比凈漿降低了93.4%。這說明該早強防竄劑的加入能降低水泥漿的稠度系數(shù),減小流動阻力，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，初凝時間合適，終凝時間小于5分鐘，稠化時間可調(diào)，低失水，強度高。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，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月表5LG水泥漿性能數(shù)據(jù)表LG加量％水灰比流動度mm密度g/cm3養(yǎng)護(hù)溫度初凝時間min終凝時間min稠化時間min失水量24h抗壓強度MPank2－40.42大于2601.9235-503652561-1101003214.8-18.40.56–0.880.079–0.094第30頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

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、高流動性、高機械強度、凝結(jié)時間可調(diào)、稠化曲線呈直角效應(yīng)的獨特優(yōu)點。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。同時通過實踐對比，采用以下工藝和措施：⑴固井前降低泥漿粘度、切力、密度，使用初稠小、流動性好的水泥漿固井。⑵根據(jù)每口井的具體情況使用合理