新型防氣竄劑DA34L的室內(nèi)評價及現(xiàn)場應用

李望軍 周成裕 廖易波 廖清清

(1.中海油田服務股份有限公司油田化學事業(yè)部，廣東 深圳 518054;2.重慶科技學院化學化工學院，重慶 401331;3.中石油川慶鉆井液技術(shù)服務公司，成都 610051)

固井后的環(huán)空氣竄是一種有害現(xiàn)象，是指注水泥工序結(jié)束后，在水泥漿由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)的過程中，由于膠凝失重或竄槽等原因造成膠結(jié)質(zhì)量差，氣層氣體竄入水泥石基體，或進入水泥與套管，或進入水泥與井壁之間的間隙中而引起層間互竄甚至竄入井口［1-4］。

發(fā)生環(huán)空氣竄的主要危害是:直接影響水泥石膠結(jié)強度［5］;導致層間竄流，直接影響油氣層的測試評價，污染油氣層，降低油氣采收率;對油田開發(fā)后續(xù)作業(yè)如酸化壓裂和分層開采等造成不利影響;嚴重時可在井口冒油，甚至造成井噴事故，即使采用擠水泥等補救工藝也很難解決。為了避免氣竄現(xiàn)象的發(fā)生，開發(fā)研制一種專門用于縮短水泥漿靜膠凝強度過渡時間、基本具備直角稠化性能的新型防氣竄劑DA34L。

1 防氣竄劑DA34L的性能及特點

DA34L是一種乳白色的液體添加劑，密度為1.40 g/cm3，加量為 0.5% ～6%，適用溫度為 0 ～160℃。DA34L能明顯縮短水泥漿靜膠凝強度過渡時間，顯著提高水泥石的早期強度及最終強度，改善水泥漿的失水、自由液現(xiàn)象，優(yōu)化稠化過渡時間，基本具備直角稠化性能。

2 防氣竄劑DA34L的室內(nèi)應用評價

2.1 水泥漿的組成及性能

模擬南海番禺區(qū)塊高溫高壓井況，采用嘉華G級水泥，井底循環(huán)溫度為128℃，井底壓力為94 MPa，進行室內(nèi)模擬與評價。

1#水泥漿配方:100g水泥 +35%C81+41.09g水 +1%F41L+4%G80L+10%GR1+1.5%B10+1.2%H40L+0%DA34L。

2#水泥漿配方:100g水泥 +35%C81+40.69g水 +1%F41L+4%G80L+10%GR1+1.5%B10+1.2%H40L+1%DA34L。

1#、2#水泥漿性能如表1所示。

表1 水泥漿性能

從表1可以看出，當1#水泥漿中加入1%的新型防氣竄劑DA34L之后，2#水泥漿的失水和自由液情況均得到了改善，水泥石的24 h抗壓強度提高了16.8%。這說明新型防氣竄劑DA34L與該水泥漿體系具有良好的配伍性。

2.2 水泥漿稠化時間對比

模擬南海番禺區(qū)塊高溫高壓井況，采用嘉華G級水泥，井底循環(huán)溫度為128℃，井底壓力為94 MPa，進行稠化試驗。1#、2#水泥漿稠化曲線分別如圖1、圖2所示。

通過圖1和圖2可以得出，1#水泥漿的稠化時間為251 min，泵送時間為241 min，稠化過渡時間為10 min;2#水泥漿的稠化時間為210 min，泵送時間為208 min，稠化過渡時間為2 min。相比1#水泥漿，2#水泥漿更加突出直角稠化性能。具有直角稠化性能的水泥漿，減少了水泥漿頂替到位后，發(fā)生環(huán)空氣竄的可能性。

2.3 水泥漿靜膠凝強度過渡時間對比

模擬南海番禺區(qū)塊高溫高壓井況，采用嘉華G級水泥，井底靜止溫度為154℃，進行超聲波靜膠凝強度分析(UCA)試驗。1#、2#水泥漿UCA曲線分別如圖3和圖4所示。

圖1 1#水泥漿稠化曲線

圖2 2#水泥漿稠化曲線

圖3 1#水泥漿UCA曲線

圖4 2#水泥漿UCA曲線

由圖3和圖4可以看出，從開始至1#水泥漿發(fā)生稠化用時371 min，靜膠凝強度達到48 Pa用時186 min，靜膠凝強度達到240 Pa用時242 min，靜膠凝過渡時間為56 min，24 h UCA強度為19 MPa;至2#水泥漿發(fā)生稠化用時186 min，靜膠凝強度達到48 Pa用時129 min，靜膠凝強度達到240 Pa用時152 min，靜膠凝過渡時間為23 min，24 h UCA強度為23.66 MPa。相比1#水泥漿，2#水泥漿稠化的時間明顯提前，靜膠凝過渡時間從56 min縮短到了23 min，且UCA最終強度提高了25.1%。靜膠凝過渡時間縮短，大大降低了注水泥結(jié)束后由于膠凝失重發(fā)生氣竄的可能性。

2.4 DA34L的稠化時間可調(diào)性

當1#水泥漿中加入1%新型防氣竄劑DA34L之后，2#水泥漿稠化用時210 min，比1#水泥漿稠化時間縮短了41 min。通過調(diào)節(jié)緩凝劑H40L的加量，模擬南海番禺區(qū)塊高溫高壓井況，采用嘉華G級水泥，井底循環(huán)溫度為128℃，井底壓力為94 MPa，進行室內(nèi)模擬與評價。水泥漿配方如下:

3#水泥漿配方:100 g水泥+35%C81+41.09 g水 +1%F41L+4%G80L+10%GR1+1.5%B10+1.5%H40L+1%DA34L。

4#水泥漿配方:100 g水泥+35%C81+40.69 g水 +1%F41L+4%G80L+10%GR1+1.5%B10+2.0%H40L+1%DA34L。

3#、4#水泥漿稠化曲線如圖5和圖6所示。

由圖5和圖6可以看出，3#水泥漿的稠化時間為224 min，4#水泥漿的稠化時間為243 min，隨著高溫緩凝劑H40L加量的逐漸增大，水泥漿的稠化時間相應延長。這說明加入新型防氣竄劑DA34L后的水泥漿稠化時間線性可調(diào)。

圖5 3#水泥漿稠化曲線

圖6 4#水泥漿稠化曲線

此外，3#水泥漿的稠化過渡時間為1 min，4#水泥漿的稠化過渡時間為1 min。相比1#水泥漿，加入1%新型防氣竄劑DA34L之后的2#、3#、4#水泥漿更具近似直角稠化性能。

3 防氣竄水泥漿現(xiàn)場應用

加入新型防氣竄劑DA34L后的防氣竄水泥漿已經(jīng)多次應用于南海番禺區(qū)塊高溫高壓井段，在9-5/8″套管固井中，根據(jù)防氣竄水泥漿的稠化時間以及超聲波靜膠凝強度發(fā)展趨勢，在固井結(jié)束12 h后倒開送入工具，即探得水泥塞面;而未加新型防氣竄劑DA34L的普通水泥漿，在固井結(jié)束24 h后才能探得水泥塞面。加入新型防氣竄劑DA34L后的防氣竄水泥漿明顯縮短了固井候凝時間，節(jié)約了鉆井生產(chǎn)成本。加入新型防氣竄劑DA34L后的防氣竄水泥漿，7次現(xiàn)場測固井中有6次固井質(zhì)量優(yōu)秀，1次固井質(zhì)量良好。

4 結(jié)語

為了避免氣竄現(xiàn)象，改善防氣竄的性能，開發(fā)研制出新型防氣竄劑DA34L。該新型防氣氧劑具有以下優(yōu)勢:

(1)DA34L是一種乳白色的液體添加劑，密度為1.40 g/cm3，能明顯縮短水泥漿靜膠凝強度過渡時間，顯著提高水泥漿的開始強度及最終強度。

(2)DA34L能改善水泥漿的失水、自由液現(xiàn)象，優(yōu)化稠化過渡時間，具有近似直角稠化性能。

(3)加入DA34L后的防氣竄水泥漿，可近似直角稠化，靜膠凝強度過渡時間短，縮短了水泥漿候凝時間，提高了鉆進速度，節(jié)約了鉆井成本。

［1］劉崇建，黃柏宗.油氣井注水泥理論與應用［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2001:61-72.

［2］劉崇建，張玉隆譯.國外油井注水泥技術(shù)［M］.成都:四川科學技術(shù)出版社，1992:24-32.

［3］焦勇.水泥氣侵的根源及現(xiàn)行解決方法的評析［J］.鉆采工藝，2000(3):19-25.

［4］劉大為.現(xiàn)代固井技術(shù)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1994:12-18.

［5］朱海金，屈建省，劉愛萍，等.水泥漿防氣竄性能評價新方法［J］.鉆井工程，2010，30(8):55-58.