低密度水泥浆固井技术在哈拉哈塘区块应用

常规低密度水泥浆固井中存在水泥石抗压强度低、水泥浆游离液含量大、浆体稳定性差等突出问题,满足不了油层固井需要。为保护油气层、提高固井质量,通过深入研究,从筛选和优化水泥、外掺料及配伍外加剂入手,开发了高强度低密度水泥浆体系;并通过采取新工艺、强化技术措施,有效解决了油层固井中遇到的一系列问题,在中国科探1井、4000m以上深井、煤层气井以及浅层稠油井等40余口井进行了油层固井作业,固井一次成功率100%,质量优良率90.5%,达到了满意的效果。

lw是中海油服南海八号深水钻井平台承钻的一口水深达561m的深水井。针对lw井深水井表层固井面临低温、表层压力窗口窄、容易漏失等技术难题,采用了中海油服油田化学事业部自主研发的深水表层固井低密度高强度水泥浆体系,该水泥浆体系具有密度低,首浆密度达到1.35g/cm3,良好的低温早强效果、失水量小、稠化时间易于调整,水泥浆体系稳定等优点。lw的现场应用证明,该深水表层低密度水泥浆体系满足了深水表层固井现场施工的要求,能很好解决海洋深水、超深水表层压力窗口窄、容易漏失等难题,可在未来深水、超深水井固井作业中推广应用,标志着中海油服深水固井顺利突破500m作业水深。

红032井区是2009年新疆油田公司重点产能建设区块。文中通过对红032井区地质情况的简介,并结合该区块的固井特点,选用了目前比较成熟的微珠低密度水泥固井工艺,同时较为详细的阐述了微珠低密度固井工艺中的水泥浆配方及水泥外加剂作用机理,通过优选固井工艺技术措施,确保了固井质量,并由此提出了几点认识及建议。

二连油田阿南老区阿31-102井由于周围生产井开发政策不同,各套目的层压力系数差别较大,高低压储层共存,压力系数为0.8~1.4。钻井过程中在1459~1670m井段累计发生7次漏失,共漏失钻井液150m3,井漏时钻井液密度1.31g/cm3。井漏同时也存在较严重的油水浸现象。为解决此问题,在井温低、水泥用量小的情况下,采用低密度防漏堵漏水泥浆体系固井。该水泥浆体系在降低水泥浆密度的同时,在水泥中加入弹性防漏堵漏材料,以达到防止漏失及油水浸的双重目的。现场应用施工顺利,未发生漏失情况,36h后测井,固井质量优质,满足二连油田老区复杂储层的低温防漏固井要求。

胜利油田对矿渣低密度水泥浆固井技术通过近两年的室内试验,研究出适合胜利油田的矿渣低密度水泥浆固井技术,对解决胜利油田低压易漏井固井和提高固井质量有重要的现实意义。文中着重介绍了矿渣膨润土低密度水泥浆的配比优选,浆体性能的优化及矿渣水泥浆的应用等。

利用颗粒级配和紧密堆积理论,制备了密度为1.20～1.30g/cm~3的微细水泥/漂珠低密度水泥浆体系。确定了其最佳配方:微细水泥与g级油井水泥质量比为1:1,微硅加量6.0%,降失水剂sz1-2加量1.5%,早强剂ck21加量2.0%,分散剂sxy加量1.4%,漂珠加量30%～60%,空心玻璃珠加量10%～20%,水灰比0.58～0.62。在50℃下,考察了该低密度水泥浆的抗压强度、失水性、流变性等,结果表明,该体系具有早期强度高、稳定性好、稠化时间可调等优点,适用于低压易漏地层及超长封固段的固井施工。

哈萨克斯坦mynteke油田属典型的窄压力窗口固井地区,其上部有活跃的浅层气,下部地层破裂压力低,钻井液密度在1.05～1.10g/cm3范围内时仍有井漏发生。用常规低密度水泥浆固井后,水泥胶结较差,部分井口有冒气现象。为有效防止气窜,提高固井质量,研究出一种适合该区块的非渗透抗窜低密度水泥浆体系。该水泥浆体系具有低密度可调、流动性好、抗压强度高,失水低、稠化过渡时间短等良好的工程性能。通过室内实验和5口井的现场成功应用表明,非渗透抗窜低密度水泥浆体系能满足该地区浅层气窜和低压漏失的固井施工作业的需求。

固井-水泥浆化学概要 1固井 1.1定义 固井就是在井眼内下入套管柱，在套管柱与井壁环形空间注入水泥浆进行封固。 1.2目的 （1）封隔疏松、易塌、易漏等地层； （2）封隔油、气、水层，防止互相窜通，形成油气通道； （3）安装井口，控制油气流，以利于钻进。 1.3流程 （1）下套管 套管类型有： 1）表层套管 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。 2）生产套管（油层套管） 用以保护生产层，提供油气生产通道。 3）中间套管（技术套管） 用来封隔不同地层压力层系或易漏、易塌、易卡等井下复杂地层。 （2）注水泥 下套管后，把水泥浆泵入套管内，再用钻井液把水泥浆顶替到管外环形空间设计位置的 作业称之为注水泥。 （3）井口安装和套管试压 下套管注水泥之后，在水泥凝固期间就要安装井口。套管试压是检查固井质量的重要组 成部分。安装好套管头和接好防喷器

研制了一种漂珠复合低密度水泥浆,分析了该体系的作用机理,确定了漂珠复合低密度水泥浆体系添加剂的最佳配方:早强剂ck21加量2％,分散剂sza-2加量0．8％～1．0％,降滤失剂td-80加量1．2％,微硅加量8％,按施工要求调节缓凝剂加量控制稠化时间。室内研究结果表明,该漂珠复合低密度水泥浆体系具有密度低、抗压强度高、水泥浆沉降稳定性好的特点,克服了目前常用低密度水泥浆体系的缺陷,是提高低压易漏失井固井质量的有效材料。

漂珠复合低密度水泥浆的室内研究与应用

根据颗粒级配理论,优选中空玻璃微球(hgs)为减轻剂,开发研制出超低密度水泥浆体系,解决了常规超低密度水泥浆体系存在的如水泥石强度发展缓慢、水泥浆稳定性差、失水难以控制等问题,填补了国内1.00g/cm3以下超低密度水泥浆体系的空白。室内实验和现场应用证明:该体系的沉降稳定性好、抗压强度高、失水小、流变性能好,能有效防止气窜,稠化时间可调且过渡时间短,一二界面固井质量良好。

高密度抗盐水泥浆体系

题示低温低密度水泥浆用于海洋油藏深水井固井,填充的惰性气体气泡用物理和化学方法共同产生,所用外加剂大部分是专门研制的。对该体系的组成及原理作了一般性的说明。详细说明了该体系的室内制备方法。报道了水泥和主要外加剂的筛选结果。所选水泥为葛洲坝水泥厂生产的低温高强水泥t5,水泥石7℃抗压、抗折强度为28.7、4.8mpa。化学发泡剂ins和inl反应产生氮气使水泥浆发泡。促凝剂acl使水泥浆在-5℃凝固,缓凝剂rd可调节5℃稠化时间为4~8小时,35℃时也可调。加入6%~8%降滤失剂jpo使水泥浆滤失量<20ml。加入5%增强剂gco使密度1.35g/cm3的泡沫水泥抗压强度由8.14mpa增至10.41mpa。密度可调范围为0.8~1.5g/cm3,在8mpa下仍可达1.48g/cm3。给出了水泥浆的配方:t5+90%海水+7%jpo+1%fly(分散剂)+0.8%acl+1.5%rd+35%lgt(减轻剂)+5%gco+1%sb(泡沫分散剂)+2%ins+1%inl。图3表3参8。

漂珠低密度水泥浆在解决低压易漏地层和低压长封固段固井中得到了广泛应用,为更好的掌握漂珠对低密度水泥浆性能的影响情况,通过室内实验研究,考查了搅拌速度对漂珠低密度水泥浆密度的影响情况,分析了不同压力条件下对不同细度的漂珠低密度水泥浆密度及其水泥浆流变性能的影响规律,研究了漂珠对低密度水泥石强度等影响规律,为漂珠低密度水泥浆的现场应用提供了借鉴作用。优选出了综合性能优良的漂珠复合低密度水泥浆体系及配方,在塔河油田进行了推广应用,取得了良好的固井效果。

针对新疆陆东五彩湾区块地层压力系数低,井漏气窜严重等特点,研制出了一种适合于该区块的低密度非渗透胶乳水泥浆体系。通过对水泥浆的抗气窜性能评价表明,该水泥浆失水低,稠化过渡时间短,在形成水泥石后,相比常规水泥石,具有胶结强度大,脆性系数小,冲击能力高,体积微膨胀,水泥浆防窜系数spn低等优点。综合评价该水泥浆具备很好的抗窜能力。

文章以一种广泛应用的天然类火山灰为主要减轻材料,辅以其它硅质材料,根据粒度级配和优化原理,配合新开发的早强剂,设计出密度可在1.35～1.60g/cm3范围内变化,适合低压易漏地层固井作业的新型低密度水泥浆体系。室内实验表明:该体系具有悬浮稳定性强、滤失量低、水泥石早期抗压强度较高、成本低廉、且浆体密度受压力影响较小等特点。克服了常规低密度水泥浆早期强度低和漂珠低密度水泥浆体系受压力影响较大的缺点,具有良好的工程应用前景。

储气库在注、采气过程中压力、温度变化对水泥环产生收缩变形影响,导致水泥石受到交变应力作用而产生破坏,形成微裂缝。开展了弹性膨胀水泥浆的研究,采用水泥与多组分活性矿物掺料(弹性材料、石英砂、粗硅粉、细硅粉)级配,得到了堆积体积分数大于0.8的干混合物,提高了水泥石的致密度、抗渗性、抗腐蚀性和抗射孔冲击能力,降低了渗透率;加入5%的膨胀剂,使水泥石具有膨胀性(膨胀量达0.677%),同时增大了水泥环与界面的胶结强度和壁面抗水压渗透能力;由于弹性颗粒的加入,水泥石的杨氏模量低于地层的杨氏模量,有利于改善水泥环与套管的界面胶结状况,保证水泥环的完整性。该体系在交变应力作用下密闭良好,解决了储气库不断注气采气对水泥环的破坏难题,在huk23井的应用取得了固井质量优质的效果,2012年在呼图壁储气库推广应用20余井次,声幅合格率为100%,优质率为73.3%。

鹤煤3井在360~1030m井段共发生8次漏失,共计漏失钻井液100m3。通过优选水泥浆体系,采用含有特种纤维防漏增韧和助防漏材料的低密度和超低密度两种水泥浆体系相搭配进行固井,有效地防止了井漏,固井质量良好。超低密度水泥浆体系在该井的成功应用,为该区块大面积开发煤层气提供了强有力的技术保障。

因为引起的井漏而出现的固井失败,常常会出现在压力系数低或是特别是裂缝型以及溶洞型碳酸盐岩地层易漏地层固井中。使用常规密度1.88g/cm3的水泥浆固井,非常容易引起井漏,造成固井失败,严重影响固井质量。根据dwq易漏地层的固井需求,并结合实际要求和需求调和出应对这种状况最佳比例的低密度水泥浆,并保证低密度水泥浆具有应该有的强度,从而运用在dwq易漏地层的固井难点上,达到了隔封地层的目的。

为解决玉门青西油田油层封固段长、多套压力层系共存、泥岩层的应力垮塌、封固段上下温差大、井径扩大率大等难题,研究开发了以空心漂珠、增强剂pzw-a、石英砂、tw200s、tw301、tw401、tw501为主处理剂,调配出密度为1.3～1.6g/cm3,循环温度为40℃～90℃的水泥浆体系,其稠化时间可调,抗压强度高,水泥浆失水量小,游离液为零,流变性能良好且水泥浆浆体稳定,水泥石密实,完全可满足青西油田开发的需要。

针对目前低密度水泥浆抗压强度偏低,无法满足封固生产套管的不足,在分析低密度水泥浆配制关键技术的基础上,通过优选合适的中空微珠减轻剂、研制高性能促凝剂和选择合理的dinger-funk方程紧密堆积计算模型,开发出密度1.30～1.50g/cm3高强低密度水泥浆hplc体系。测试结果表明,hplc体系无游离液、浆体稳定、流变性好、api失水量≤37ml/30min、稠化时间满足施工要求、低温早强和水泥石抗压强度高等优异性能,完全能够满足封固生产套管的抗压强度要求,有助于通过低压固井来实现保护油层目的。

为了克服常规低密度水泥浆强度低和漂珠低密度水泥浆在高压下密度上升的缺点,通过室内实验研究,根据粒度级配原理,以蛭石为主要减轻材料、辅以其它硅质材料,开发出密度1.35～1.50g/cm3的低密度水泥浆体系。室内实验研究表明:该水泥浆体系流变性能、滤失性能良好,且有一定的膨胀性能,适于低压易漏地层固井。通过扫描电镜和x衍射等方法,研究了蛭石对水泥水化结晶的影响,分析了其作用机理。