高溫水泥漿體系的研制與應用

姜紅波,唐曉雷,劉來生,楊代蓉,陳玉同,冷士華

(1.長江大學,湖北荊州434023;2.中國石化河南石油勘探局鉆井工程公司)

高溫水泥漿體系的研制與應用

姜紅波1,2,唐曉雷2,劉來生2,楊代蓉2,陳玉同2,冷士華2

(1.長江大學,湖北荊州434023;2.中國石化河南石油勘探局鉆井工程公司)

針對深井高溫環境常規水泥外加劑失效、水泥漿性能變差等問題,研制出高溫深井水泥漿體系及配套的減阻劑 HNJZ1、緩凝劑 HNHN1、降失水劑 HNJS1。室內實驗和現場應用表明,該高溫深井水泥漿體系具有失水量低、流變性能好、稠化時間易調、水泥石強度發展快、抗壓強度高等特點。

高溫水泥漿體系;外加劑;水泥石強度;抗壓強度

針對深井高溫環境常規水泥材料及外加劑失效,導致水泥漿流變性能差、游離水大量增加、水泥漿迅速稠化、水泥石強度衰減等問題,開展了減阻劑、降失水劑、緩凝劑等外加劑優選和配伍性能等項研究,最終配制出適合高溫深井的水泥漿體系。室內實驗及現場應用證實,該高溫深井水泥漿體系具有失水量低、流變性能好、稠化時間易調、水泥石強度發展快、抗壓強度高等優點。

1 室內實驗及分析

根據高溫水泥漿體系性能的要求,對水泥外加劑在不同加量下的性能進行了實驗及評價,并對選定的配方進行了綜合性能實驗。

1.1 緩凝劑 HN HN1的性能

取嘉華G級水泥8 0 0g,按要求配置水灰比0.44純漿,在溫度130 ℃時,加壓60MPa,HN HN1不同加量對水泥漿稠化時間的影響實驗結果見表1。

表1 HNHN1對水泥漿稠化時間影響結果

從中可以看出,優選的緩凝劑 HNHN1對油井水泥有明顯的緩凝效果,其緩凝劑加量為水泥干重的0.08%就可使水泥漿的稠化時間比原漿延長55 min,并且隨著緩凝劑加量的增加,稠化時間呈線性增長,對水泥漿的稠化時間具有較好的可調性。

1.2 降失水劑 HNJS1的性能

取嘉華 G級水泥800g,按要求配置水灰比0.44純漿,在實驗溫度130℃時、加壓60MPa條件下,HNJS1不同加量對水泥漿失水性能實驗結果見表2。從中可看出,隨著 HNJ S1降失水劑加量的不斷增加,其水泥漿的失水量不斷降低,當加量為水泥干重的1.2%時,失水小于50mL,能較好地滿足固井工程的需要。

表2 HNJS1的降失水性能

1.3 減阻劑 HNJ Z1的性能

取嘉華G級水泥8 0 0g,按要求配置水灰比0.44純漿,在實驗溫度130℃時,HNJ Z1不同加量對水泥漿流變性能影響實驗見表3。

表3 HNJZ1減阻劑加量與水泥漿流變性關系

由表3可以看出:隨著減阻劑加量增加,稠度系數 K不斷減小,水泥漿流性指數 n不斷增大。HNJ Z1加量較小時,隨著減阻劑含量的增加,K值迅速減小,在含量為0～0.4%之間變化明顯,含量超過0.4%以后,K值很低,含量到0.6%時 K值降低到0.18。可見,該減阻劑對水泥漿有較好分散效果。

1.4 室內配方及綜合性能評價

高溫深井固井水泥漿是以油井水泥為基礎,混摻大量外料和外加劑的水泥水基懸浮體,其性能為各種成份共同作用的結果。

1.4.1 高溫水泥漿體系室內配方

高溫水泥漿配方組成:油井水泥+石英砂35%+降失水劑(HNJS1)5%+緩凝劑(HN HN1)1.6%+減阻劑(HNJ Z1)0.4%+消泡劑 HNXP1適量。

1.4.2 高溫水泥漿體系綜合性能

根據上述配方,通過室內實驗,對水泥漿性能進行了綜合評價,具體結果見表4和表5。實驗中所用水泥為嘉華 G級高抗水泥,用量為600g,水質為自來水,水泥水灰比0.54。

表4 高溫水泥漿體系的基本性能

表5 高溫水泥漿體系綜合性能

從中可看出:該水泥漿體系具有綜合性能優良,所選用的外加劑配伍性好,水泥漿密度易調節,失水易控制,游離液低,稠化時間可調,抗壓強度高,能夠適用于高溫環境條件下的高密度水泥漿固井。

2 現場應用效果

泌深1井是河南油田重點探井,設計井深6 000 m,三開φ244.5mm技術套管下深4 500m,要求封固井段2 900～4 500m,采用分級固井技術。該區地溫梯度大,在井深1 800m處地溫梯度為3.8℃/100m,在三開井底靜止溫度為160℃,循環溫度為130℃,因此,決定采用抗高溫水泥漿施工。現場水泥漿配方設計為:石英砂33.3%+HNHN1:1.6%+HNJS1:5.0%+HNJ Z1:0.4%+HNXP1適量,其具體應用結果見表6。從中可看出,該水泥漿體系適應高溫環境,流變性好,失水低,零游離水,抗壓強度發展迅速,水泥石性能穩定。該固井電測解釋表明封固段質量合格。

表6 水泥漿試驗結果

3 結論

(1)高溫水泥漿具有良好的抗溫性能,可抗160℃井底靜止高溫,水泥石強度發展快,可滿足高溫深井固井需要。

(2)優選的降失水劑 HNJS1、緩凝劑 HNHN1、減阻劑HNJ Z1具有較好的配伍性能,適用于高溫環境下的固井施工作業。

(3)高溫水泥漿體系穩定,零自由水,流變性能好,可滿足不同井遇條件下對水泥漿流動性能的要求。

編輯:劉洪樹

TE254.4

A

1673-8217(2010)03-0114-02

2009-12-01;改回日期:2010-03-01

姜紅波,工程師,1977年生,2000年畢業于江漢石油學院石油工程專業,在讀碩士研究生,現從事油氣田鉆井方面的研究。