大庆油田抗高温水泥浆体系室内研究.pdf

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第28卷第1期
钻井液与完井液
Vol 28 No. 1
2011年1月
DRILLING FLUID COMPLETION FLUID
Jan.2011
文章编号:1001-5620(2011)01-0036-04
大庆油田抗高温水泥浆体系室内研究
武永波,王旭光,李世梅,戴建文
(大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院,黑龙江大庆)
摘要为满是大庆油田勘揆开发的要求,研制出了亢商温水泥浆体系(DGT),该水泥浆API失水量可控制在
100mL以内,稠化財间可调,且流动性較好;通过引进抗高温稳定剂,解决了水泥浆高温分层问题,并且提高了
水泥石的抗压强度;该水泥浆还具有抗窜能力,能防止气窜的发生;其水泥石的渗透率比普通加砂水泥石降低了
近73%,从而提高了水泥石的耐腐蚀性。该水泥奖的研制成功不但保证了超深井固井施工的安全,还能够提高固
井质量,并对油气层保护起到很好的作用。
关键词超深井;固井;高温水泥漿;实验评价
中图分类号:TE256.3
文献标识码:A
随着大庆油田深层勘探井井深达5500m,由进行实验研究。实验条件为180C、129.6MPa;
于地温梯度较高(49C/00m)预计井底温度可达MPS-1是聚合物缓凝剂;PNS是葡钠与硼砂合成的
220~240C,井底循环温度达到170~180C,因缓凝剂。水泥浆配方如下,水灰比为0.56,密度为1.90
此从满足勘探开发要求出发,需要研制出一种抗高g/cm3。
温水泥浆体系。目前国内外介绍的高温外加剂种类
嘉华G级水泥+35%增强剂+1.0%SXY
繁多,但是能够符合大庆油田实际现场应用的却很
当MPS-1的加量分别为2,.0%、4.0%、6.0%时,
少。对水泥浆体系而言,不但要求外加剂自身的抗。水泥浆的稠化时间分别为11.、153、16min;当
温性能好,还要求各外加剂之间有很好的配伍性能。PNS的加量分别为1.5%、2.0%、2.5%、3,0%时,
影响抗高温水泥浆体系性能的因素,主要包括缓凝水泥浆的稠化时间分别为124、178、254、340min;
剂抗温性及其对温度和加量的敏感性、降失水剂的当GWH-1的加量分别为30%、4.09%、45%时,水
抗温性、体系的沉降稳定性,还有水泥本身组分的泥浆的稠化时间分别为267、325、358min。结果
稳定性等,因此,从这儿种影响因素入手,利用水表明,随着GwH-1加量的增加,稠化时间延长
泥外加剂,调解水泥浆体系的综合性能,保证固井过渡时间缩短,其对水泥浆有较好的缓凝效果;而
施工安全,提高固井质量。
MPS-1和PNS在稠化进行到100min以后,有明显
1外加剂的优
的“鼓包”现象,稠化曲线出现波动,随着缓凝剂
加量地增加,稠化时间没有明显延长,说明这2种
1.1高温緩凝剂
媛涎剂抗温性能不好。因此,选用GWH-1作为该
目前的抗高温缓凝剂主要分为聚合物类和无水泥浆的缓凝剂。
机盐类。室内实验分析表明,聚合物类缓凝剂很难
缓凝剂GWH-1为淡黄色粉末,易溶于水,是
抗180C以上高温,无机盐类缓凝剂在高温下稠化采用木质素磺酸盐作为基本原料与氢氧化钠、甲醛、
曲线线形不能达到要求。因此选用木质素磺酸盐类氯乙酸、糖类化合物P等在高温高压条件下,经过化
第一作者简介:武永波,工程师,1969年生,毕业于大庆石油学校,现在宝要从事固井外加剂应用技术的研究工作。
地址:黑龙江省大庆市大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院完并技术研究所;政编码163413;电话(0459)4894675/
13069601982;E-mail:wuyongbo(@cnpc.com.cn.
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第28卷第1期
武永波等:大庆油田抗高温水泥体系室内研究
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合后得到的缓凝剂。其作用机理是:在水泥水化过且不同粒径的颗粒合理级配和极化,使水泥石更加
程中吸附于水泥水化产物的表面,抑制水泥水化产致密,以及附加面的形成进一步改善了水泥浆的沉
物与水的接触,达到缓凝目的,其还可以吸附在水化降稳定性和提高体系的抗渗能力。
产物的品核上,阻碍品体的增长,故缓凝效果较好。1.4高温稳定剂
1.2高温降失水剂
经过室内筛选实验,确定出一种纤维材料
选用理论上能抗203℃高温的合成聚合物降失XW-1作为稳定剂,其长度为10mm左右。在水
水剂FG310、G410L、FL100进行优选实验,结果泥浆中XW-1本身对水泥颗粒有一定的吸附作用;
见表1。水泥浆配方如下。
同时其在水化的水泥颗粒间以及管壁之间,形成
2*1#+6.0%FG310+4.5%GWH-1
不同类型互相搭接的网状结构,从而阻止水泥颗
+5.0%G410L+4.5%GWH-1
粒下沉,增强水泥浆的沉降稳定性。实验结果见
4°1+2.09%FL100+4.5%GWH-1
表2。由表2可知,未加稳定剂XW-1的水泥浆稳
定性较差,顶部和下部密度差为0.432gcm2,加人
表1高温降失水剂的优选
(0.2%~0.3%)XW-1后水泥浆稳定性逐渐改善;加
配初始稠度/流动度/稠化时间/FLAM游离液/量为0.5%时,水泥浆基本达到稳定状态;加量为
cm
mmin
0.7%时体系更加稳定,但体系流动度変小,所以
15
21.5
42
8
1.4
选择加入0.5%稳定剂。
16
21.0
表2稳定剂加量的确定
13
24.0
193
118
1.9
注:稠化条件为180C、129.6MPa;测定API失水量
XW-1/流动度/△p
从上到下密度/(g/cm)
的条件为180C、6.9MPa。
m
gcm
由表1可以看出,加入G410L后,水泥浆相
24.00.4321.7011.8221.9442.133
23.00.2141.7821.8741.9481.996
对稳定,API失水量控制在50mL以内,且游离液
量为0,因此选用降失水剂G410L。该降失水剂的
0.322.40.1761.8121.8761.9511.988
作用机理是通过有机护胶作用实现在压差作用下形
0.521.50.0351.882
1.8981.903
1.917
成致密泥饼来控制失水。G410L分子中含有强吸附
0.7
18.50.0181.8911.8981.9041.909
基团酰胺基和强水化基团磺酸基等,因此其能在水
注:实验条件为240C、20.7MPa、48h;稳定剂加量
泥颗粒表面形成较厚的吸附膜,将水包裹起来,同
为占水泥的比例。
时高分子之间相互作用形成网状结构,防止水泥颗2抗高温水泥浆配方及性能
粒聚结,圈闭自由水,且在压力作用下形成致密的
滤饼,因此表现出很好的降失水效果。而水泥颗粒2.1配方的确定
上的水化基团在压差的作用下变形堵塞泥饼颗粒之
确定了抗高温水泥浆体系(DGT)配方如下。
?的孔道,降低了泥饼的渗透率,封闭了水分子的
5嘉华G级水泥+35%增强剂+0.5%XW-1+
渗透通道,控制了水泥浆的失水量2。