晶格膨脹劑水泥漿體系在勝利油田與應(yīng)用

勝利油田萊州灣區(qū)塊地層承壓能力低,易發(fā)生井漏,井底溫度低,儲水源豐富,且水中含有大量腐蝕性離子,嚴(yán)重影響水泥漿的穩(wěn)定性,固井質(zhì)量難以控制。闡述了新型泡沫水泥漿的研制,旨在研究出一種氮?dú)獍l(fā)氣劑和穩(wěn)泡劑以及與其相配套的水泥外加劑,使其均勻地分散于水泥漿中而形成泡沫水泥漿。制備方法是先將一定量的發(fā)氣劑swpm-1干混于水泥中,用清水配制非泡沫水泥漿(密度控制在1.85～1.90g/cm3),方法同api標(biāo)準(zhǔn),然后將制好的非泡沫水泥漿在低速下(4000r/min)再攪拌10s,同時加入一定量的發(fā)氣劑swpm-2和穩(wěn)泡劑swpm-3,則可制成泡沫水泥漿。同時,泡沫水泥漿具有密度低、強(qiáng)度高、防竄性能好、水泥漿造價低等特點(diǎn),在勝利油田萊州灣區(qū)塊的應(yīng)用情況證明,通過采用新型泡沫水泥漿體系,解決了該地區(qū)固井技術(shù)難題,現(xiàn)場固井68口,固井質(zhì)量均達(dá)到優(yōu)質(zhì)。

為解決勝利油田開發(fā)中后期小間隙固井中存在的諸多問題,從水泥石的彈性和韌性等方面開發(fā)出了增韌纖維水泥漿。優(yōu)選出了增韌纖維,評價了增韌纖維對水泥漿流變性、稠化性能、降濾失性能以及與其他添加劑配伍性能的影響。同時研究了纖維對水泥石的力學(xué)性能、滲透率、泊松比和彈性模量以及膠結(jié)強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明,增韌纖維在適宜的加量和長度范圍內(nèi)對水泥漿流變性、稠化性能、失水性能的影響不大,但對水泥石的力學(xué)性能影響顯著;在小間隙固井中,使用增韌纖維可以改善水泥環(huán)的韌性和彈性,防止竄流發(fā)生;增韌纖維水泥石的韌性(抗折強(qiáng)度)較原漿水泥石明顯提高。該水泥漿體系在23口小間隙井或漏失井進(jìn)行了應(yīng)用,解決了現(xiàn)場固井技術(shù)難題。

結(jié)合冀東油田水泥外加劑使用現(xiàn)狀,并根據(jù)冀東油田地質(zhì)、固井特征,研發(fā)了有針對性的水泥漿體系。對該體系的主要外加劑一降失水劑、緩凝劑、減阻劑等進(jìn)行了室內(nèi)性能評價和配方優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)表明,該體系是水量低,稠化時間可調(diào)節(jié),稠化曲線基本呈"直角",抗壓強(qiáng)度較高,游離液含量小于1.4%。目前,該體系已經(jīng)在冀東油田的不同區(qū)塊的3口井得到應(yīng)用,固井質(zhì)量較好。

針對ksk油田固井中的油氣水竄問題,開展了lx600膠乳防竄水泥漿體系研究工作,并進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)評價,認(rèn)為水泥漿體系具有抗高溫、低失水、沉降穩(wěn)定性好、過渡時間短、直角稠化和防氣竄等綜合性能。lx600膠乳水泥漿體系在ksk油田應(yīng)用了55口井,應(yīng)用效果進(jìn)一步表明,該水泥漿體系能夠有效提高雙界面膠結(jié)質(zhì)量,解決固井中的油氣水竄問題。

為了預(yù)防洛河層水對油氣井套管的腐蝕、提高油井使用壽命、解決易漏失和封固段長等技術(shù)難題,滿足低成本開發(fā)的需要,提出使用加量少、價格相對便宜的外摻料膨脹珍珠巖來配制低密度水泥漿體系。對膨脹珍珠巖物理性能、化學(xué)成分進(jìn)行了分析,并做了大量室內(nèi)試驗(yàn),確定了膨脹珍珠巖低密度水泥漿體系配方及性能參數(shù),并在順寧區(qū)塊進(jìn)行了5口井的現(xiàn)場試驗(yàn)?，F(xiàn)場應(yīng)用表明,該水泥漿體系性能穩(wěn)定,水泥石抗壓強(qiáng)度可滿足現(xiàn)場施工要求,水泥漿體系成本明顯低于其它體系成本,有較好的推廣應(yīng)用前景。

早強(qiáng)防竄水泥漿在吉林油田的研究與應(yīng)用

本文研究20℃條件下，摻不同活性mgo對水泥凈漿早期膨脹率與摻量相關(guān)性的影響，并對試件不同齡期的膨脹率進(jìn)行了擬合分析。結(jié)果表明，mgo水泥凈漿在20℃水養(yǎng)護(hù)時，其膨脹率與摻量都具有較好的線性相關(guān)性；試件在20℃水養(yǎng)護(hù)時，mgo不同摻量的水泥凈漿的不同齡期的膨脹率滿足不同的曲線函數(shù)，相關(guān)性均在0．97以上。

為解決玉門青西油田油層封固段長、多套壓力層系共存、泥巖層的應(yīng)力垮塌、封固段上下溫差大、井徑擴(kuò)大率大等難題,研究開發(fā)了以空心漂珠、增強(qiáng)劑pzw-a、石英砂、tw200s、tw301、tw401、tw501為主處理劑,調(diào)配出密度為1.3～1.6g/cm3,循環(huán)溫度為40℃～90℃的水泥漿體系,其稠化時間可調(diào),抗壓強(qiáng)度高,水泥漿失水量小,游離液為零,流變性能良好且水泥漿漿體穩(wěn)定,水泥石密實(shí),完全可滿足青西油田開發(fā)的需要。

勝利油田水基廢泥漿對生物影響的評價

水泥漿封堵工藝廣的泛應(yīng)用與油田中后期開發(fā)過程中的套損井治理和產(chǎn)液結(jié)構(gòu)的調(diào)整及層系的細(xì)分,是油田穩(wěn)油控水的有力工具。本文根據(jù)該工藝在臨盤油田的應(yīng)用情況總結(jié)推薦的套擠控壓法和預(yù)堵分段擠入法,對提高施工成功率具有一定的借鑒意義。

為了滿足鎮(zhèn)涇油田長封段固井質(zhì)量,防止洛河水對生產(chǎn)套管的侵蝕和水泥漿返高達(dá)到分公司的固井要求,通過現(xiàn)場應(yīng)用人工漂珠、微硅低密度水泥漿分析對比,優(yōu)選出能封固低壓易漏,具有防腐蝕的低密度水泥漿體系配方,解決了鎮(zhèn)涇油田低壓易漏長封固段的固井質(zhì)量難題。

氣竄嚴(yán)重是吉林油田淺層氣井固井存在的一大技術(shù)難題,為此開發(fā)了淺層氣井固井防竄水泥漿,該水泥漿具有流動性好、失水量低、稠化時間合適、過渡時間短和早期強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。開發(fā)的固井水泥漿,領(lǐng)漿中加入1.4%降失水劑jls和3%晶體膨脹劑kw-2,水泥漿失水量為16ml,稠化時間為130min,漿體spn值為1.07,24h水泥石的抗壓強(qiáng)度和線膨脹率分別為20.5mpa和0.011%;尾漿中加入1.4%jls、3%kw-2和2%速凝早強(qiáng)劑zqj,水泥漿失水量為14ml,稠化時間為108min,漿體spn值為0.90,24h水泥石的抗壓強(qiáng)度和線膨脹率分別為23.7mpa和0.003%。現(xiàn)場34口氣井的應(yīng)用實(shí)踐證明,該防氣竄水泥漿適合淺層氣井的固井開發(fā),固井合格率為100%,優(yōu)質(zhì)率為88.2%。

以菱鎂礦、白云石尾礦為原料,經(jīng)適宜工藝,制備了新型生態(tài)膨脹劑,用以補(bǔ)償大體積混凝土由于溫度應(yīng)力引起的收縮。研究摻入不同配比的膨脹劑和粉煤灰的水泥漿體,在不同水化齡期的膨脹性能以及在20℃或60℃水中膨脹率的變化過程和趨勢。結(jié)果表明:膨脹材料煅燒溫度為950～1050℃,保溫1～1.5h,自然冷卻。在膨脹源含量一定的情況下,cao含量越高,早期膨脹率越大,后期膨脹率越小;mgo含量越高,早期膨脹率越小,后期膨脹率越大。水化溫度越高,在相同齡期下水泥漿體膨脹率越大。粉煤灰對mgo和cao膨脹均具有明顯的抑制作用,且隨著粉煤灰摻量的增加,抑制作用加強(qiáng)。

綜述了氧化鎂膨脹劑的研究起源、mgo水化膨脹機(jī)理的研究現(xiàn)狀及養(yǎng)護(hù)溫度、煅燒制度和水泥品種等對摻mgo膨脹劑水泥漿體膨脹性能的影響;并討論了摻mgo膨脹劑水泥漿體的膨脹機(jī)理,認(rèn)為目前理論的不足在于混淆了mgo在水泥漿體中的水化膨脹機(jī)理和摻mgo膨脹劑水泥漿體的膨脹機(jī)理兩個概念,這嚴(yán)重影響了膨脹機(jī)理研究的進(jìn)展和對實(shí)際工程的指導(dǎo)作用。只有摻mgo膨脹劑水泥漿體的膨脹機(jī)理對實(shí)際工程才具有較為全面的指導(dǎo)作用,而對該機(jī)理的研究則需要深入探討水泥中mgo的水化膨脹機(jī)理及水泥漿體的特性對摻mgo膨脹劑水泥漿體膨脹性能的影響。

目前水竄是影響勝利油田老區(qū)固井質(zhì)量和石油開采的主要因素之一。為解決該問題,研制出一種遇水膨脹水泥漿體系,其主劑為遇水膨脹劑sdsp-1,主要由耐高溫、高壓的高吸水膨脹樹脂和具有緩水溶性能的包衣材料,經(jīng)特殊工藝加工而成,通過控制包衣材料有適當(dāng)?shù)娜芙馑俣?使sdsp-1能在水泥硬化期或形成水泥石以后吸水膨脹。對該性能進(jìn)行了室內(nèi)評價,實(shí)驗(yàn)測得,加有1.5%sdsp-1的遇水膨脹水泥漿的24h水泥石膨脹率為0.09%,將該水泥石在淡水中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)72h,水泥石的再度膨脹率為0.56%。該體系在孤東油區(qū)的7口高含水調(diào)整井進(jìn)行了應(yīng)用,與同區(qū)塊、同類型井相比,二界面合格率提高了30%,證明該遇水膨脹水泥漿能有效提高含水層位的封固質(zhì)量,起到較好的防水竄作用。同時指出,該體系存在初期稠度發(fā)展較快的現(xiàn)象,影響水泥漿的流動性,需進(jìn)一步完善。

塔河油田十區(qū)、十二區(qū)及艾丁區(qū)塊是中石化西北油田分公司的主力上產(chǎn)區(qū)塊,該區(qū)塊井深且多含有二疊系易漏地層,固井不同階段發(fā)生漏失嚴(yán)重影響了固井質(zhì)量。針對這一問題,從提高水泥漿的堵漏能力方面入手進(jìn)行了研究,使用了一種高強(qiáng)有機(jī)聚合物單絲短纖維,將其加至水泥漿中可以提高水泥漿的堵漏效果。室內(nèi)研究表明,堵漏纖維性能穩(wěn)定,與水泥、外加劑以及水泥漿中各種外摻料有很好的相容性,將不同尺寸的堵漏纖維合理搭配加至水泥漿后有較高的承壓能力,固井時能有效的起到堵漏作用。將研究成果進(jìn)行了多井次的現(xiàn)場應(yīng)用,水泥漿中加入堵漏纖維后有效防止或降低了固井時發(fā)生漏失,提高了固井質(zhì)量。

gk13h井為塔河油田的一口開發(fā)水平井,采用套管射孔完井,目的層為凝析油氣藏。分析了水平井套管安全下入問題,水泥漿頂替效率低問題,以及水平井固井對水泥漿綜合性能的嚴(yán)格要求。通過采用剛性樹脂旋流扶正器,owc-1l化學(xué)沖洗液及高粘高切加重隔離液,調(diào)整水泥漿的流變至平板流型等綜合措施提高水泥漿的頂替效率,采用膠乳、非滲透復(fù)合水泥漿體系,嚴(yán)格控制水泥漿的自由液為0ml、api失水小于50ml、稠化過渡時間小于10min、沉降穩(wěn)定性好等優(yōu)異性能來提高水泥漿的防氣竄能力,保證了水平井的固井質(zhì)量。

通過實(shí)驗(yàn)和分析表明,丁苯膠乳水泥漿體系優(yōu)化的膠乳水泥漿配方彈性模量相比素漿降低42%,抗折強(qiáng)度提高28.2%,沖擊韌性提高27.5%。較常規(guī)水泥漿在防竄性能、力學(xué)性能上均有大幅度提高。在塔河油田的應(yīng)用取得良好效果。

綏中36-1油田屬于衰竭油藏,長期的開采使地層壓力系數(shù)降低,井下漏失問題一直是鉆井和固井過程中的最大難題,為解決低壓易漏井固井的難題,采用低密度高強(qiáng)度水泥漿體系固井。經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用表明,低密度高強(qiáng)度水泥漿通過合理調(diào)整外加劑的加量,水泥漿的稠化時間和其它性能可任意調(diào)節(jié),在溫度為40～90℃之間,密度為1.3～1.6g/cm3時,該水泥漿體系穩(wěn)定,流變性能良好,抗壓強(qiáng)度高,失水量低,游離液低,凝結(jié)成水泥石后體積不收縮,結(jié)構(gòu)致密,滲透率低并有一定的防竄能力。該水泥漿有效地解決了低壓易漏層油氣井固井過程中的難點(diǎn)[1],保證了固井施工質(zhì)量,固井合格率為100%。

丁苯膠乳水泥漿體系有利于提高油井水泥環(huán)的彈性和韌性。研究分析了丁苯膠乳水泥漿體系的特點(diǎn),進(jìn)行了設(shè)計和相關(guān)的配伍相容性試驗(yàn)。分別在沙30-7井、側(cè)周15井等多個區(qū)塊10口井應(yīng)用于現(xiàn)場固井施工,取得了良好效果。

固井工程是鉆井完井工程中最后一道工序,其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到油氣井壽命長短及產(chǎn)能高低,保證并提高固井質(zhì)量對于油田勘探開發(fā)具有非常重要和深遠(yuǎn)的意義。而隨著油田勘探開發(fā)進(jìn)入中、后期,部分油區(qū)由于長期且數(shù)量巨大的注水及采液,改變了地層的原始壓力,區(qū)塊異常高壓和多壓力層系大面積出現(xiàn),如孤東、孤島、油區(qū),固井后水泥環(huán)膠結(jié)強(qiáng)度衰減引發(fā)地層高壓流體外竄問題十分突出,嚴(yán)重影響了固井質(zhì)量。從改善水泥漿體系入手,進(jìn)行了大量室內(nèi)模擬試驗(yàn),調(diào)配出了科學(xué)合理的復(fù)合型早強(qiáng)劑水泥漿體系,經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用證明,該研究取得了預(yù)期的目標(biāo),提高了此類井的固井質(zhì)量,為今后油田的勘探開發(fā)提供了可靠的技術(shù)保障。

作為西北油田的重要勘探開發(fā)區(qū)塊之一,塔河油田托普臺區(qū)塊大部分井存在二疊系,井深4500~5200m,厚度50~300m,在鉆遇二疊系時漏失嚴(yán)重,塔河10區(qū)及12區(qū)部分無二疊系井也漏失嚴(yán)重,增加了正常鉆進(jìn)難度,耽誤鉆井時效,可能誘發(fā)井下復(fù)雜事故,對油井后期固井等作業(yè)影響很大。設(shè)計優(yōu)選粉煤灰低密度水泥漿體系對二疊系進(jìn)行堵漏。該水泥漿體系密度1.60g/cm~3左右,抗壓強(qiáng)度6~8mpa,漏失嚴(yán)重時可在水泥漿中添加5mm、10mm纖維進(jìn)行復(fù)合堵漏,纖維在裂縫中架橋,形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),提高堵漏效果。該水泥漿體系在現(xiàn)場多口井的堵漏作業(yè)表明,能有效地提高地層承壓能力,大大縮短了鉆井周期,為后期鉆井及固井施工創(chuàng)造了有利條件。