CN101870862A

CN101870862A - 用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法

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Publication number: CN101870862A
Application number: CN201010219765A
Authority: CN
Inventors: 常占宪; 贾芝; 王大权; 李宏峰; 邢鹏举; 王瑞玲
Original assignee: Changqing Cementing Branch of CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: Changqing Cementing Branch of CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2030-07-07
Also published as: CN101870862B

Abstract

本发明属于油田固井技术领域，特别是钻井区域用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法，其方法特征是：按颗粒级配原理，将水泥、微硅、漂珠与降失水剂、膨胀剂、减阻剂和水比按一定例混配。按所述的比例混配后再与水比例混配，水固比在0.67-0.46，水泥浆密度在1.25-1.45g/cm³之间，水泥浆稠化时间在110-240分钟之间。它提供了一种实现平衡压力固井，解决漏层在目的层的严重漏失井固井质量和水泥返高，用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法。

Description

用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法

技术领域

本发明属于油田固井技术领域，特别是钻井区域用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法。

背景技术

油田钻井区域存在着低压、低渗、低压高渗、裂缝发育、压力体系复杂等特征，其开发难度日益增大，同时由于采注不平衡或地层压力驱动能量损耗而形成压力亏空，形成了低压易漏油层。为了满足固井要求，选择合理的固井压差，适宜的固井水泥浆密度以及合理的施工工艺成为关键。采用常规密度的水泥浆封固油气层，水泥浆液柱压力高，固井施工时漏失的几率较大，往往目的层得不到封固，需要挤水泥补救。尤其是长庆油田的姬塬、靖安等区块，最大井深达到2900米，油层段(从延安组到延长组)最大跨度1000米，近几年都出现固井时下部目的层漏失，引起上部油层未封固的质量事故，严重影响固井一次合格率，造成较大的经济损失和社会影响。随着勘探区域进一步扩大，油井钻井井深的增加，油层段漏失井呈逐年上升趋势，该技术难题已经成为影响固井质量的瓶颈。由于完井阶段堵漏效果不理想，较为有效的方法是使用有堵漏效果的低密度水泥浆，降低固井施工时的液柱压力，防止固井过程水泥浆漏失。

低密度水泥浆由于水固比、外掺料较大，一股具有较低的抗压强度和较高的渗透性。低密高强一直是固井界奋斗的目标。近年来，美国哈里巴顿Revil P等利用紧密堆积理论，提出了一种设计高性能低密度水泥浆的新方法，这种方法基于正确选择用于干混合的组分，并优化配料粒度和配比。据报道用该法配制的1.20g/cm³的水泥浆不仅改善了稳定性和滤失量控制，而且凝固水泥的抗压强度可达到14MPa且渗透率低，已在低压易漏等复杂地层固井中有着较多的应用报道，为解决目的层漏失井固井问题提供了一条可行之路。

国内的低密度水泥浆主要有沸石低密度，粉煤灰低密度，漂珠低密度，微硅低密度，矿渣低密度等多种水泥浆体系。但一股来说，密度偏高(一股大于1.40g/cm³)，稳定性差，强度低，失水大，大多用于非目的层填充段，很少用于油气层的封固。我国在九十年代初期开始研究化学泡沫低密度水泥浆，该类水泥浆在长庆等油田已得到广泛应用，地表密度可达到0.9g/cm³以下。但由于泡沫的可压缩性，所以该类低密度水泥浆的井下密度仅能降低到1.5g/cm³左右。目前，由于化学发泡剂反应的副产物对其它外加剂的影响，使体系的部分性能难以调节。当掺入降失水剂时，水泥石抗压强度降低幅度大，所以应用范围受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现平衡压力固井，解决漏层在目的层的严重漏失井固井质量和水泥返高，用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法。

本发明的目的是这样实现的，用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法，其方法特征是：按颗粒级配原理，将水泥、微硅、漂珠与降失水剂、膨胀剂、减阻剂和水比例混配。

所述的水泥的粒径为1～100μm，漂珠的颗粒粒径为40～250μm，微硅的粒径为0.02～0.5μm。

所述的比例混配是：G水泥67％、漂珠20％、微硅13％、降失水剂1.8％、膨胀剂3.0％、减阻剂1.0％、消泡剂0.3％。

所述的比例混配是：G水泥67％、漂珠20％、微硅13％、降失水剂1.8％、膨胀剂2.5％、减阻剂1.0％、消泡剂0.3％。

所述的比例混配是：G水泥67％、漂珠23％、微硅10％、降失水剂1.8％、膨胀剂3％、减阻剂1.0％、消泡剂0.3％。

所述的比例混配是：G水泥63％、漂珠25％、微硅12％、降失水剂1.8％、膨胀剂3.0％、缓凝剂0.1％、减阻剂1.2％、堵漏剂2.0％。

按上述比例混配后再与水比例混配，水固比在0.67-0.46，水泥浆密度在1.25-1.45g/cm³之间，水泥浆稠化时间在110-240分钟之间。

本发明的优点是：通过优选低密高强水泥浆材料和配方，提高低密度水泥浆的力学性能；提高地层承压能力，防止堵漏材料堵住浮箍和浮鞋的过流通道；通过地层漏失压力预测、漏失速率、循环压力、堵漏效果等条件进行判断，及平衡压力计算，确定水泥浆密度，水泥用量等施工参数。低密高强防漏水泥浆体系在姬塬易漏区块固井18口，未漏失18口。这18口井，产层固井质量合格，水泥返高到位，没有进行二次反挤水泥作业。

本发明的效益体现在如下几方面：

(1)按每年有2～3口井因目的层未封固好，需进行二次固井作业，所需费用如下：

A.挤一次水泥需五～六天时间

以挤水泥需五天计算

依据钻井队日费开资4.5万元/日计算，每口井可节约钻井队日费开支5×4.5＝22.5(万元)。计算累计节约日费开支22.5×3＝67.5(万元)。

B.每口井井深平均按2500米计算，一口井使用31/2″钻杆263根，每根日租赁费16元/根，平均每口井小钻杆租赁费：263×16×5＝21040元；累计节约使用小钻杆费用21040×3＝6.31万元。

C.每口井反挤水泥用1台供水车，2台水泥车，1台灰罐车，水泥10吨，每口井平均挤水泥两次，所需费用约3×2＝6万元。累计节约6×3＝18(万元)。

D.电测费用，每口井按1万元计算，累计节约电测费用1×3＝3万元

E.射孔费用：每口井按28750元计算，累计节约射孔费用28750×3＝8.625万元

F.试压费用，每口井需3800元，累计节约试压费用3800×3＝1.14万元

总计节约：67.5+6.31+18+3+8.625+1.14＝104.575万元

(2)水泥返高到位，保护了套管，减少了腐蚀，延长了油井寿命，其经济效益不可估量。

(3)解决了姬塬油田部分目的层得不到封固，需要挤水泥补救的固井井漏问题，有很大的社会效益。

(4)低密高强防漏水泥浆体系具有密度低，强度高两大特点，在姬塬油探井目的层易漏失区块应用效果很好，固井质量得到一定的提升，受到了甲方的好评。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法，按颗粒级配原理，将水泥、微硅、漂珠与降失水剂、膨胀剂、减阻剂和水按一定比例混配。

表1给出了低密高强防漏水泥稠化时间性能数据表，从以下实施例数据可以看出：所确定的水泥浆配方对水泥产地，减轻剂加量的变化具有较好的配伍性，水泥浆稠化时间均在110分钟以上，能满足固井现场施工性能参数的要求。

表1

水泥浆配方	水固比	温度(℃)	压力(MPa)	密度(g/cm³)	初始稠度(BC)	稠化时间(min)
水泥浆配方	水固比	温度(℃)	压力(MPa)	密度(g/cm³)	初始稠度(BC)	稠化时间(min)	A	0.53	60	30	1.42	20	224
B	0.53	55	25	1.45	19	136	A	0.53	60	30	1.42	20	224
B	0.53	55	25	1.45	19	136	C	0.53	60	30	1.28	12	236
D	0.55	60	30	1.30	17	177	C	0.53	60	30	1.28	12	236
D	0.55	60	30	1.30	17	177	E

表2给出了对低密高强水泥做不同水固比下的水泥浆流变性能，通过实施例试验数据表明：当水固比控制在0.67-0.46之间，水泥浆密度1.30-1.45g/cm³时，体系稳定，不沉降，流动性能好。

表2

本发明按颗粒级配原理，将水泥、微硅、漂珠与降失水剂、膨胀剂、减阻剂和水按一定比例混配。其中，水泥的粒径1～100μm，漂珠的颗粒粒径40～250μm，微硅的粒径为0.02～0.5μm。

A、比例混配是：G水泥67％、漂珠20％、微硅13％、降失水剂1.8％、膨胀剂3.0％、减阻剂1.0％、消泡剂0.3％。

B、比例混配是：G水泥67％、漂珠20％、微硅13％、降失水剂1.8％、膨胀剂2.5％、减阻剂1.0％、消泡剂0.3％。

C、比例混配是：G水泥67％、漂珠23％、微硅10％、降失水剂1.8％、膨胀剂3％、减阻剂1.0％、消泡剂0.3％。

D、比例混配是：G水泥63％、漂珠25％、微硅12％、降失水剂1.8％、膨胀剂3.0％、缓凝剂0.1％、减阻剂1.2％、堵漏剂2.0％。

按上述比例混配后再与水比例混配，水固比在0.67-0.46，水泥浆密度在1.25-1.45g/cm³之间，水泥浆稠化时间在110分钟-240之间。

需要说明的是，G水泥、漂珠、微硅按百分百混配，降失水剂、膨胀剂、减阻剂和消泡剂是在百分百上另加入。如G水泥、漂珠、微硅按百分百混配为1份，每1份加入降失水剂1.8％、膨胀剂3.0％、缓凝剂0.1％、减阻剂1.2％、堵漏剂2.0％，其它相同。

配方中选择不同厂家生产的G级油井水泥，漂珠，改变微硅加量，在上述固配中加入少量的消泡剂。

表3给出低密高强防漏水泥稠化时间性能数据表，从以下实施例试验数据可以看出：所确定的水泥浆配方对水泥产地，减轻剂加量的变化具有较好的配伍性，水泥浆稠化时间均在110分钟以上，能满足固井现场施工性能参数的要求。

表3

水泥浆配方	水固比	温度(℃)	压力(MPa)	密度(g/cm³)	初始稠度(BC)	稠化时间(min)
水泥浆配方	水固比	温度(℃)	压力(MPa)	密度(g/cm³)	初始稠度(BC)	稠化时间(min)	A	0.53	60	30	1.42	20	224
B	0.53	55	25	1.45	19	136	A	0.53	60	30	1.42	20	224
B	0.53	55	25	1.45	19	136	C	0.53	60	30	1.28	12	236
D	0.55	60	30	1.30	17	177	C	0.53	60	30	1.28	12	236

表4和表5给出低密高强防漏水泥抗压强度性能数据表。由于微硅、漂珠颗粒细小，能够充分有效地填入到水泥颗粒之间，减少水泥、微硅、漂珠颗粒之间的空隙，加之降失水剂、膨胀剂、减阻剂的加入，紧密堆积作用使得水泥浆在凝结过程中能够很好致密地胶结，提高了抗压强度。对调配的5种水泥浆配方，做相同水固比下的水泥浆抗压强度，试验数据如表4示。做不同水固比下的抗压强度，试验数据如表5示。

表4

表5

试验数据表明，水固比相同，水泥浆的密度随水泥和漂珠产地不同有变化，水泥石抗压强度保持稳定；当水固比降低后，水泥浆密度增加，水泥石抗压强度增加，当水泥浆密度达到1.35g/cm³以上，水泥石抗压强度达到14MPa以上。相对于其它低密度水泥而言，低密高强防漏水泥石胶结致密，颗粒之间镶嵌紧密，孔隙微小，强度很高，这是该水泥浆区别于其他低密度水泥的明显特点。以上强度试验数据也表明，其抗压强度完全能有效地封隔套管和地层水，达到压裂酸化改造的要求。

表6给出漂珠的物理性能和化学组成，漂珠的明显缺陷是在高压下一些薄壁微球易破，造成水泥浆密度上升，但这种密度上升是可以预测和减缓的，在设计计算中必须予以考虑。漂珠与所有级别的水泥都有良好的相容性。

表6

表7给出低密高强防漏水泥失水率性能数据表，表7对5种水泥浆配方测同一水固比下的AP1失水，试验数据如表7示，API失水达到50ml以下，能够满足目的层固井对失水率的要求。

表7

水泥浆配方	水固比	温度(℃)	失水量(ml)
水泥浆配方	水固比	温度(℃)	失水量(ml)	A	0.53	60	20
B	0.53	60	23	A	0.53	60	20
B	0.53	60	23	C	0.53	55	22
D	0.53	60	24	C	0.53	55	22
D	0.53	60	24	E	0.55	60	25

最后需要说明的是：降失水剂、膨胀剂和减阻剂的选择：

1)降失水剂的选择

封固油气层的水泥浆除满足密度、强度、稳定性等性能之外，还必须要满足失水、稠化时间等性能，达到固井施工安全和保护油气层的目的。尤其要严格控制水泥浆的失水，以防止储层污染。低密高强防漏水泥浆由于减轻剂微硅的掺入，水泥浆本身就具有一定的降失水功能和早强性能，为了更好地控制失水，需要加入一定量的降失水剂。选择降失水剂要求有很好的控制水泥浆的滤失量的同时，降失水剂还要不影响水泥浆稠化时间，不降低水泥石的强度，与外掺料漂珠、微硅和外加剂有很好的配伍性，相互协同，在一定的试验条件范围内可以对低密高强防漏水泥浆的性能进行调节。选择的SNS-D降失水剂降滤失效果好，在试验温度50～60℃条件下，无缓凝作用，不影响水泥石强度。

2)膨胀剂的选择

膨胀剂SNP使用晶体膨胀材料，最佳的选择是双膨胀，即同时具有塑性体膨胀和硬化体膨胀，膨胀剂SNP是提高二界面胶结质量的前提条件。在井下环空内，晶体膨胀材料产生的膨胀压主要作用于滤饼、地层系统，而不是套管、水泥环系统。因此在非渗透地层和薄滤饼(或无滤饼)的环境中，只要水泥浆体不发生体积收缩即可胶结良好；但在渗透性地层和存在厚滤饼的条件下，水泥浆体必须具有足够的膨胀量才可以获得优质的胶结性能。因此，水泥浆硬化后能否产生有效的体积膨胀(特别是在高压条件下)是选择优质水泥膨胀剂的主要性能指标。理想的膨胀材料应该具备的性质是：膨胀源晶体的反应速度和水泥浆体结构的形成速度同步，在塑性状态后期和硬化状态初期膨胀，只有这样才既能产生足够的塑性体膨胀又有一定的硬化体膨胀。膨胀剂SNP的作用消除了水泥浆凝固过程中因塑性体收缩造成的地层水、气侵，又防止了因硬化体收缩产生的环空微间隙，防止了窜流通道的产生，提高了固井质量。

3)减阻剂的选择

减阻剂USZ加量对低密高强防漏水泥非常关键，该体系中USZ的加量不同于以往的水泥浆配方，以往的水泥浆配方中USZ的加量一股不超过0.3％。由于该配方中水固比低，外掺料加量大，固相含量高，按一股加量，浆体无法混拌，材料不能分散水化，经调整配方将减阻剂USZ的加量增加到1.0％，提高了水泥浆水化分散能力，浆体流动性能好。减阻剂USZ的加入消弱和拆散了水泥颗粒之间的成团连接，释放自由水，改变水化产物性状，降低内摩擦阻力，破坏凝胶，降低塑性粘度。通过调节水泥颗粒表面电荷而使水泥浆获得最佳流变参数，从而提高了水泥浆的可泵性，降低一定流速下的泵压，使注水泥施工顺利，实现低排量下的紊流，提高了对钻井液的顶替效率和固井质量。

Claims

1.用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法，其方法特征是：按颗粒级配原理，将水泥、微硅、漂珠与降失水剂、膨胀剂、减阻剂和水比按一定例混配。

2.根据权利要求1所述用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法，其方法特征是：所述的水泥的粒径1～100μm，漂珠的颗粒粒径40～250μm，微硅的粒径为0.02～0.5μm。

3.根据权利要求1所述用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法，其方法特征是：所述的比例混配是：G水泥67％、漂珠20％、微硅13％、降失水剂1.8％、膨胀剂3.0％、减阻剂1.0％、消泡剂0.3％。

4.根据权利要求1所述用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法，其方法特征是：所述的比例混配是：G水泥67％、漂珠20％、微硅13％、降失水剂1.8％、膨胀剂2.5％、减阻剂1.0％、消泡剂0.3％。

5.根据权利要求1所述用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法，其方法特征是：所述的比例混配是：G水泥67％、漂珠23％、微硅10％、降失水剂1.8％、膨胀剂3％、减阻剂1.0％、消泡剂0.3％。

6.根据权利要求1所述用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法，其方法特征是：所述的比例混配是：G水泥63％、漂珠25％、微硅12％、降失水剂1.8％、膨胀剂3.0％、缓凝剂0.1％、减阻剂1.2％、堵漏剂2.0％。

7.根据权利要求1所述用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法，其方法特征是：按所述的比例混配后再与水比例混配，水固比在0.67-0.46，水泥浆密度在1.25-1.45g/cm³之间，水泥浆稠化时间在110-240分钟之间。