防包心搬土水泥漿體系的室內(nèi)研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用*

李望軍，陸永偉，周成裕

(1 中海油田服務(wù)股份有限公司油化事業(yè)部深圳作業(yè)公司 ，廣東 深圳 518000；2 重慶科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶 401331)

深水井在固井作業(yè)過程中存在很多困難因素[1-3]，如水泥漿柱上下溫差大，界面膠結(jié)質(zhì)量差[4]，鉆井費(fèi)用高，對(duì)水泥漿的各項(xiàng)常規(guī)性能和強(qiáng)度性能提出了更高的技術(shù)要求[5-7]。普通的搬土加降失水劑水泥漿體系存在強(qiáng)度不高、稠化曲線包心等弊端[8]。為了有效解決搬土加降失水劑水泥漿包心及強(qiáng)度不高的問題，本文優(yōu)選了一種防包心搬土水泥漿體系，該水泥漿體系以搬土為主劑，輔以消泡劑、降失水劑、納米硅[9]以及緩凝劑配制而成。室內(nèi)研究表明，防包心搬土水泥漿體系配方簡(jiǎn)單，易于調(diào)節(jié)，失水可控，強(qiáng)度較高，稠化曲線平緩。防包心搬土水泥漿體系已多次成功應(yīng)用于南海東部惠州區(qū)塊，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：防包心搬土水泥漿體系配方簡(jiǎn)單、現(xiàn)場(chǎng)易配漿、漿體流動(dòng)性良好、水泥漿氣泡少、現(xiàn)場(chǎng)操作方便，現(xiàn)場(chǎng)固井質(zhì)量?jī)?yōu)良[10]。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要儀器和藥品

主要儀器：雙缸增壓稠化儀；高溫高壓養(yǎng)護(hù)釜；高溫高壓失水儀；旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)；恒速攪拌器；電子天平；鉆井液密度計(jì)。

藥品：山東水泥；消泡劑；降失水劑；搬土；納米硅；緩凝劑；水。

1.2 水泥漿體系配制

以搬土為主劑，輔以消泡劑、降失水劑、納米硅以及緩凝劑配制而成。采用山東G級(jí)水泥，井底循環(huán)溫度(BHCT)為107 ℃，井底靜止壓力(BHP)為20 MPa，密度為1.58 sg。水泥漿配方見表1。

表1 水泥漿體系配方Table 1 Cement slurry fomula

1.3 常規(guī)性能評(píng)價(jià)

根據(jù)GB19139-2012相關(guān)章節(jié)要求完成水泥漿失水、游離液、抗壓強(qiáng)度、稠化時(shí)間等常規(guī)性能的評(píng)價(jià)。

1.4 包心現(xiàn)象可調(diào)性

根據(jù)1.3中實(shí)驗(yàn)方法，保持水泥漿其他添加劑加量不變的情況下，通過調(diào)整納米硅的加量，研究納米硅加量變化對(duì)水泥漿稠化曲線包心的影響。

1.5 溫敏性

根據(jù)1.3中實(shí)驗(yàn)方法，保持水泥漿各添加劑加量不變的情況下，通過測(cè)試升5 ℃以及降5 ℃的稠化時(shí)間，分別研究溫度變化對(duì)水泥漿稠化時(shí)間的影響。

1.6 失水可調(diào)節(jié)性

根據(jù)1.3中實(shí)驗(yàn)方法，保持水泥漿其他添加劑加量不變的情況下，通過調(diào)整降失水劑的加量，研究不同降失水劑加量變化對(duì)水泥漿失水性能的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 防包心搬土水泥漿體系的常規(guī)性能

由表1可知，防包心搬土水泥漿體系配方簡(jiǎn)單，易于調(diào)節(jié)。從表2可知，防包心搬土水泥漿體系具有良好的流變性能、良好的失水性能、良好的強(qiáng)度性能。

表2 常規(guī)性能Table 2 General performance

2.2 防包心搬土水泥漿體系的包心現(xiàn)象可調(diào)性

在其他添加劑加量不變的情況下，改變納米硅的加量，其配方如表3所示。水泥漿稠化曲線見圖1、圖2。

表3 不同納米硅加量的水泥漿配方Table 3 Different pecent of nanometer silicon cement slurry fomula

圖1 1# 稠化曲線Fig.1 1# thicking curve

圖2 2# 稠化曲線Fig.2 2# thicking curve

根據(jù)圖1、圖2的稠化曲線，我們可以得出不同納米硅加量下水泥漿對(duì)應(yīng)的稠化曲線包心現(xiàn)象，見表4。

從表4可以看出，不加納米硅，水泥漿稠化曲線存在包心現(xiàn)象；加入納米硅，水泥漿的稠化曲線不存在包心現(xiàn)象。因此，防包心搬土水泥漿體系的包心現(xiàn)象可以通過加入納米硅來進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3 防包心搬土水泥漿體系的溫敏性

為了研究防包心搬土水泥漿體系對(duì)溫度的敏感性，對(duì)該體系進(jìn)行降5 ℃(55 ℃)、升5 ℃(65 ℃)的溫度敏感性稠化實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 55 ℃ 稠化曲線Fig.3 55 ℃ thicking curve

圖4 65 ℃ 稠化曲線Fig.4 65 ℃ thicking curve

根據(jù)圖1、圖3、圖4的稠化曲線，我們可以得出不同溫度條件下水泥漿對(duì)應(yīng)的稠化時(shí)間，見表5。

表5 溫度變化對(duì)稠化時(shí)間的影響Table 5 Effect of temperature on static gel transition time

從表5可以看出，隨著實(shí)驗(yàn)溫度的降低，水泥漿稠化時(shí)間增加；隨著實(shí)驗(yàn)溫度的升高，水泥漿稠化時(shí)間縮短；沒有出現(xiàn)稠化時(shí)間突變的情況，說明防包心搬土水泥漿體系在該溫度段溫度敏感性良好。

2.4 防包心搬土水泥漿體系的失水可調(diào)節(jié)性

其余添加劑加量不變的情況下，改變降失水劑的加量，見表6。

表6 不同降失水劑加量的水泥漿體系配方Table 6 Different pecent of loss reduction agent cement slurry fomula

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，我們可以得出不同降失水劑加量下水泥漿對(duì)應(yīng)的API失水性能，見表7。

表7 降失水劑加量對(duì)API失水的影響Table 7 Effect of loss reduction agent on thicking time

從表7可以看出，防包心搬土水泥漿體系在不同降失水劑加量下，隨著降失水劑加量的降低，水泥漿API失水增加；隨著降失水劑加量的增加，水泥漿API失水降低；說明防包心搬土水泥漿體系具有良好的失水可調(diào)節(jié)性。

2.5 防包心搬土水泥漿體系的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

防包心搬土水泥漿體系已多次成功應(yīng)用于南海東部惠州區(qū)塊，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：防包心搬土水泥漿體系配方簡(jiǎn)單、現(xiàn)場(chǎng)易配漿、漿體流動(dòng)性良好、水泥漿氣泡少、現(xiàn)場(chǎng)操作方便，現(xiàn)場(chǎng)固井質(zhì)量?jī)?yōu)良。

3 結(jié) 論

(1)防包心搬土水泥漿體系配方簡(jiǎn)單，易于調(diào)節(jié)；

(2)防包心搬土水泥漿體系失水可控；

(3)防包心搬土水泥漿體系稠化曲線平滑無包心。