鄂南地區(qū)新型固井水泥漿性能評(píng)價(jià)

王錦昌　白 楊　陶 鵬　朱豫川

(1. 中石化華北分公司工程技術(shù)研究院， 鄭州 450006；

2. 西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610500；

3. 西南油氣田分公司蜀南氣礦， 四川 瀘州 646000)

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鄂南地區(qū)新型固井水泥漿性能評(píng)價(jià)

王錦昌1白 楊2陶 鵬2朱豫川3

(1. 中石化華北分公司工程技術(shù)研究院， 鄭州 450006；

2. 西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610500；

3. 西南油氣田分公司蜀南氣礦， 四川 瀘州 646000)

摘要：針對(duì)鄂南地區(qū)固井質(zhì)量差的問(wèn)題，研發(fā)了一套新型固井泥漿體系，并對(duì)該體系性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。研究發(fā)現(xiàn)該水泥漿體系的流變性、沉降穩(wěn)定性良好，游離水少；水泥漿稠化線性正常，防氣竄效果好；水泥石的早期強(qiáng)度發(fā)展較好，后期強(qiáng)度較穩(wěn)定；水泥石收縮率低，孔隙率低，有利于增強(qiáng)后期強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：固井； 水泥漿； 防氣竄； 環(huán)空失重

鄂南致密油藏屬于低滲透儲(chǔ)層，容易受到水泥漿失水的污染。水平井固井期間，水泥漿通過(guò)水平段時(shí)穩(wěn)定性易受破壞。水泥顆粒在重力作用下容易在套管下側(cè)聚結(jié)沉淀，析出自由液，在靠近上井壁處形成自由液通道，導(dǎo)致凝固后的水泥石整體膠結(jié)質(zhì)量差、滲透率高、強(qiáng)度低，形成油氣水竄流通道，導(dǎo)致層間封隔失敗，影響固井質(zhì)量。因此全面提高水泥漿性能，特別是提高水泥漿穩(wěn)定性，嚴(yán)格控制水泥漿失水是提高鄂南水平井固井質(zhì)量的關(guān)鍵[1-9]。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1體系配方

固井水泥漿配方為：G級(jí)水泥+6%微硅+2.5%～3.0%降失水劑+4%～6%鎖水劑+0.2%～1.0%分散劑+0.05%～0.25%緩凝劑(ρ=1.88 gcm3)，配漿用水為現(xiàn)場(chǎng)用水。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院應(yīng)用技術(shù)研究所，OWC-93808型增壓稠化儀；無(wú)錫市錫東建材設(shè)備廠，JES-300型抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)；HKGP-3型致密巖心氣體滲透率孔隙度測(cè)定儀；青島同春石油儀器有限公司，ZNN-D6B型電動(dòng)六速黏度計(jì)；沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院應(yīng)用技術(shù)研究技術(shù)研究所，OWC-9510型高溫高壓失水儀；西南石油大學(xué)與沈陽(yáng)航空航天大學(xué)應(yīng)用技術(shù)研究所聯(lián)合制造，OWC-1305型常溫常壓環(huán)空水泥失重模擬實(shí)驗(yàn)裝置；Chandle公司，5265型靜膠凝強(qiáng)度測(cè)試儀；沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院應(yīng)用技術(shù)研究技術(shù)研究所，OWC-9390Y型增壓養(yǎng)護(hù)釜，水泥漿體積收縮測(cè)試儀。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1水泥漿基本性能測(cè)試

首先對(duì)水泥漿常規(guī)性能進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1，該水泥漿體系的流變性能較好，API失水較小，能夠減少對(duì)儲(chǔ)層的傷害，體系穩(wěn)定性能較好，析水率為0。

表1　水泥漿的基本性能

在壓力50 MPa，溫度105 ℃下測(cè)試該體系的稠化時(shí)間，結(jié)果如圖1所示。該水泥漿體系稠化時(shí)間為80 min，稠度從40 Bc升到80 Bc所需時(shí)間較短，接近直角稠化曲線，表明該體系到達(dá)井底指定位置后強(qiáng)度迅速升高，有利于提高固井質(zhì)量。

圖1　水泥漿稠化曲線

利用OWC-1305型常溫常壓環(huán)空水泥失重模擬實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)試水泥漿在環(huán)空的失重時(shí)間，如圖2所示，該體系失重時(shí)間為8.2 h。

圖2　水泥漿環(huán)空失重曲線

評(píng)價(jià)水泥漿防氣竄性能的參數(shù)是SPN，該參數(shù)基于水化動(dòng)力學(xué)和失水給出了不同水泥漿的對(duì)比性能參數(shù)，提供了一個(gè)邏輯分級(jí)體系，以表示水泥漿抵抗地層流體侵入的能力，反映了水泥漿失水量及水泥漿凝固過(guò)程阻力變化系數(shù)對(duì)防氣竄的影響。SPN越小，水泥漿防氣竄能力越強(qiáng)。稠化過(guò)渡時(shí)間與水泥石靜止?fàn)顟B(tài)下結(jié)構(gòu)形成快慢沒(méi)有直接關(guān)系，常用的水泥漿性能系數(shù)法用動(dòng)態(tài)工程性能評(píng)價(jià)靜態(tài)氣竄，評(píng)價(jià)方法不科學(xué)。SPN表達(dá)式如下：

式中：t100Bc—— 水泥漿稠度達(dá)到 100 Bc 所需時(shí)間，min；

t30Bc—— 水泥漿稠度達(dá)到 30 Bc 所需時(shí)間，min；

FLAPI—— 水泥漿API失水，mL30min。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，尾漿的SPN接近3，證明該水泥漿體系的防氣竄能力較強(qiáng)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　水泥漿防氣竄性能

2.5水泥石抗壓強(qiáng)度測(cè)試

在105 ℃下分別養(yǎng)護(hù)該水泥漿體系1，3，7 d后，測(cè)水泥石抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表3。養(yǎng)護(hù)1 d的抗壓強(qiáng)度達(dá)到18 MPa，3~7 d的抗壓強(qiáng)度變化不大，介于26~27 MPa。

表3　常壓養(yǎng)護(hù)下水泥石的抗壓強(qiáng)度

2.6水泥石靜膠凝強(qiáng)度測(cè)試

采用5265型靜膠凝強(qiáng)度測(cè)試儀，在105 ℃下測(cè)水泥石靜膠凝強(qiáng)度，結(jié)果如圖3所示：水泥石靜膠凝強(qiáng)度從48 Pa到240 Pa的過(guò)渡時(shí)間為61 min(25~86 min)。

2.7水泥石高溫下強(qiáng)度衰退測(cè)試

采用OWC-9390Y型增壓養(yǎng)護(hù)釜在壓力50 MPa，溫度105 ℃下養(yǎng)護(hù)水泥石2 d，測(cè)其抗壓強(qiáng)度。共測(cè)試6組，其抗壓強(qiáng)度平均為17.02 MPa。

2.8水泥石滲透率、孔隙度測(cè)試

采用OWC-9390Y型增壓養(yǎng)護(hù)釜在壓力50 MPa，溫度105 ℃下養(yǎng)護(hù)水泥石2 d，測(cè)其滲透率為0.079 69×10-3μm2，孔隙度為21.19%。水泥石孔隙率較低，有利于后期強(qiáng)度發(fā)展。

2.9水泥石體積收縮測(cè)試

采用水泥漿體積收縮測(cè)試儀在105 ℃下測(cè)試水泥漿收縮率，結(jié)果見(jiàn)表4、圖4。水泥石的體積收縮率只有0.11%，有利于后期強(qiáng)度發(fā)展。

表4　水泥漿體積收縮測(cè)定結(jié)果

圖3　水泥石靜膠凝強(qiáng)度曲線

圖4　水泥漿體收縮數(shù)據(jù)圖

3結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)水泥漿體系及水泥石進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試，表明水泥漿密度能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并且可以調(diào)節(jié)，性能良好。

(2)水泥漿體系稠化曲線形狀接近直角，體系強(qiáng)度能在到達(dá)井底指定位置后快速提高，有利于提高固井質(zhì)量。

(3)體系防氣竄性能性能較好；水泥石的早期強(qiáng)度發(fā)展較好，后期強(qiáng)度較穩(wěn)定，收縮率較低，孔隙率較低，有利于后期強(qiáng)度發(fā)展。

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The Performance Evaluation of the New Type Cement Slurry in E′nan Area

WANGJinchang1BAIYang2TAOPeng2ZHUYuchuan3

(1. Research Institute of Engineerning Technology, Huabei Branch of Sinopec, Zhengzhou 450006, China;

2. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,

Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China; 3. Branch of Shunan Gas Field,

PetroChina Southwest Oil and Gas Field Company, Luzhou Sichuan 646000, China)

Abstract:This paper aims to solve the problem of poor cementing quality in E′nan area by developing a new type of cementing slurry system and evaluate the performance of the system. The study found that the slurry rheology system had less free water, good sedimentation stability, normal slurry thickening linear, and great effect of gas channeling prevention. The early strength is better and late strength is stable with low cement shrinkage and porosity.

Key words:cementing; slurry; gas channeling prevention; annulus weightlessness

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-1980(2016)01-0053-04

中圖分類(lèi)號(hào)：TE256

作者簡(jiǎn)介：王錦昌(1984 — )，男，工程師，研究方向?yàn)殂@完井工程。

基金項(xiàng)目：十二五國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“特殊結(jié)構(gòu)井鉆完井工藝技術(shù)”(2011ZX05045)；國(guó)家自然科學(xué)基金中石化聯(lián)合基金重點(diǎn)基金項(xiàng)目“頁(yè)巖氣低成本高效鉆完井技術(shù)基礎(chǔ)研究”(U1262209)

收稿日期：2015-11-27