CN101994497A - 一种油气田区域探井固井水泥浆工艺 - Google Patents

一种油气田区域探井固井水泥浆工艺 Download PDF

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本发明涉及一种油气田探井固井技术，特别是一种油气田区域探井固井水泥浆工艺，其特征是：按公式(1)和公式(2)分别校核地层静止温度和循环温度，将井底静止温度乘以80～85%为循环温度，注水泥塞和挤水泥作业试验温度取目的井深静止温度的85～100%；井底静止温度TS计算公式：TS=1+H×0.030944(1)；循环温度TC计算公式：TC=T出口温度+H/168 (2)；TC—循环温度 ℃；TS—井底静止温度℃；T出口温度—钻井液出口温度 ℃；H—钻井井深m。它提供了一种工艺性和稳定性好的油气田区域探井固井水泥浆工艺。

Description

一种油气田区域探井固井水泥浆工艺
技术领域
本发明涉及一种油气田探井固井技术，特别是一种油气田区域探井固井水泥浆工艺。
背景技术
在我国油田勘探区域不断扩大，并且向深层次发展，如长庆油田目的层从奥陶系加深到寒武系、震旦系，深井、超深井钻井数量逐年增加。边缘区域探井地域跨度大，分布于鄂尔多斯盆地各地，在伊盟隆起、天环坳陷、渭北隆起、及伊陕斜坡南部都有区域探井，今年还在西缘逆冲带布井。特别是地层温度存在不确定性，部分区域温度异常。如棋探1井，井深5229m，井底静止温度达154.6℃，地温梯度达到3℃/100m。这些区域探井井深4000～5300m，循环温度都在90～130℃，属中高温。
长庆油田油气井一般井深在4000米之内，井温属中、低温，井深超过4000米的深井较少，在固井技术上一直没有形成系统完善的中高温水泥浆体系。当需要中高温条件下注水泥时，主要在使用成熟的中温水泥浆体系中加大缓凝剂加量，或用高温降失水剂和缓凝剂来调节水泥浆性能。水泥浆性能往往出现以下问题：一是稠化时间不稳定，试验重复性差；二是滤失量不容易控制；三是现场固井施工时，水泥浆提前稠化；四是水泥浆超缓凝，固井质量较差。在尾管固井过程中曾出现过水泥浆未顶替到位，提前憋泵留大段水泥塞，或水泥浆超缓凝固井质量差；注水泥塞施工时上提钻具困难，循环出的多余水泥浆有稠化结块的征兆，出现过不同程度的险情和事故，严重威胁着施工安全。
因此，原来以中温水泥浆为主的配方应用于区域探井固井，在技术上存在一定的局限性，给施工带来了许多安全风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺性和稳定性好的油气田区域探井固井水泥浆工艺。
本发明的目的是这样实现的，一种油气田区域探井固井水泥浆工艺，其特征是：按公式(1)和公式(2)分别校核地层静止温度和循环温度，将井底静止温度乘以80～85％为循环温度，注水泥塞和挤水泥作业试验温度取目的井深静止温度的85～100％；
井底静止温度TS计算公式：
TS＝1+H×0.030944    (1)
循环温度TC计算公式：
TC＝T出口温度+H/168  (2)
TC-循环温度               ℃；
TS-井底静止温度           ℃；
T出口温度-钻井液出口温度  ℃；
H-钻井井深                m。
循环温度小于100℃时，在常规使用的中温水泥浆体系的基础上加入USZ分散剂、G60S降失水剂、G64缓凝剂；当循环温度大于100℃时，在常规使用的中温水泥浆体系的基础上，加入USZ分散剂、BXF-200L降失水剂和BXR-200L缓凝剂；当静止温度超过90℃时，在G级水泥中加入35％的石英砂，再加入USZ分散剂、G60S降失水剂、G64缓凝剂；防止水泥石长期在高温作用下强度衰退，水的比例是中温水泥浆体系的52％。
所述的常规使用的中温水泥浆体系是：G级水泥、漂珠、微硅，中温水泥浆体系G级水泥、漂珠、微硅的比例＝85∶15∶5。
所述的当循环温度大于100℃时，降失水剂G60-S占中温水泥浆体系的2％，缓凝剂G64占中温水泥浆体系的0.28％，USZ分散剂占中温水泥浆体系的0.2％。
所述的当循环温度大于100℃时，液体降失水剂BXF-200L占中温水泥浆体系的3-6％，液体缓凝剂占中温水泥浆体系的BXR-200L0.4％。
所述的当静止温度超过90℃时，G级水泥为100份，降失水剂G60-S占G级水泥的2％，缓凝剂G64占G级水泥的0.15％，分散剂USZ占G级水泥的0.2％，石英砂占G级水泥的35％。
本发明的优点是：根据区域探井井深及循环温度范围，从防气窜和保证注水泥施工安全等方面考虑确定水泥浆配方。循环温度小于100℃时，使用G60S降失水剂和G64缓凝剂，当循环温度大于100℃时使用BXF-200L降失水剂和BXR-200L缓凝剂。当静止温度超过90℃时，在G级水泥中加入35％的石英砂，防止水泥石长期在高温作用下强度衰退。在常规使用的中温水泥浆体系的基础上加入石英砂和抗中高温外加剂，形成抗中高温水泥浆体系。这样通过准确掌握地层温度对中深井水泥浆设计，根据不同循环温度确定水泥浆配方外，可保证注水泥施工安全，提高固井质量。
附图说明
下面结合实施例创刊图对本发明作进一步说明：
图1是BXF-200L的加量关系曲线图；
图2是图2给出对BXF-200L降失水剂分别做不同加量和不同温度下的API失水关系曲线；
图3是密度1.90g/cm3的水泥浆，70℃和90℃，0.2％BXR-200L的稠化曲线；
图4是一级领浆稠化曲线；
图5是一级尾浆稠化曲线。
具体实施方式
准确掌握地层温度对中深井水泥浆设计具有重要的意义，根据不同循环温度确定水泥浆配方外，可保证注水泥施工安全，提高固井质量。在长庆区域按公式(1)和公式(2)分别校核地层静止温度和循环温度。规定完钻测井时探井井深超过3800米或边缘探井必须测井底温度，将井底静止温度乘以80～85％为循环温度，注水泥塞和挤水泥作业试验温度取目的井深静止温度的85～100％。
井底静止温度TS计算公式：
TS＝1+H×0.030944      (1)
循环温度TC计算公式：
TC＝T出口温度+H/168    (2)
TC-循环温度               ℃；
TS-井底静止温度           ℃；
T出口温度-钻井液出口温度  ℃；
H-钻井井深                m。
水泥浆配方确定原则是，循环温度小于100℃时，在常规使用的中温水泥浆体系的基础上加入USZ分散剂、G60S降失水剂、G64缓凝剂；当循环温度大于100℃时，在常规使用的中温水泥浆体系的基础上，加入USZ分散剂、BXF-200L降失水剂和BXR-200L缓凝剂；当静止温度超过90℃时，在G级水泥中加入35％的石英砂，再加入USZ分散剂、G60S降失水剂、G64缓凝剂；防止水泥石长期在高温作用下强度衰退，水的比例是中温水泥浆体系的52％。
上述的常规使用的中温水泥浆体系是：G级水泥、漂珠、微硅，中温水泥浆体系G级水泥、漂珠、微硅的比例＝85∶15∶5。当循环温度小于100℃时，降失水剂G60-S占中温水泥浆体系的2％，缓凝剂G64占中温水泥浆体系的的0.28％，USZ分散剂占中温水泥浆体系的0.2％，这种中高温水泥浆体系称为一级领浆。
当循环温度大于100℃时，液体降失水剂BXF-200L占中温水泥浆体系的3-6％，液体缓凝剂占中温水泥浆体系的BXR-200L0.4％。
当静止温度超过90℃时，G级水泥为100份，降失水剂G60-S占G级水泥的2％，缓凝剂G64占G级水泥的0.15％，分散剂USZ占G级水泥的0.2％，石英砂占G级水泥的35％。这种中高温水泥浆体系称为一级尾浆。
本发明中对循环温度大于100℃时，中高温水泥浆体系做110℃温度下的静胶凝强度试验，从水泥浆110℃静胶凝发展曲线和强度发展曲线得出，循环温度大于100℃时，中高温水泥浆体系具有良好的防窜性能。试验结论：所选用的水泥浆对温度适应能力强，在100-130℃范围内随温度的增加，加大缓凝剂加量，稠化时间可调，水泥浆呈直角稠化，防窜能力强。水泥浆API失水稳定，受温度影响小，领浆API失水小于80ml，尾浆API失水低于20ml。领浆所形成的水泥石抗压强度18MPa，尾浆所形成的水泥石抗压强度23MPa。
如图1和图2所示，图1给出了BXF-200L的加量关系曲线图，图2给出对BXF-200L降失水剂分别做不同加量和不同温度下的API失水关系曲线，BXF-200L掺量一般为3-6％BWOC，试验数据表明，温度对该降失水剂影响不大，API失水一般小于50mL，较高温度时将掺量加大就可以控制失水量达到要求的水平。
如图3所示，给出了稠化曲线密度1.90g/cm3的水泥浆，70℃和90℃，0.2％BXR-200L，对加BXF-200L降失水剂的水泥浆做稠化时间和抗压强度试验。BXF-200L水泥浆体系过渡时间在10min左右，接近直角稠化。加BXF-200L的水泥石24h抗压强度在18MPa以上。试验数据表明，BXF-200L降失水剂无缓凝作用，对抗压强度的发展有利。
缓凝剂的作用就是能够有效地延长或维持水泥浆处于液态和可泵性时间。选用液体缓凝剂BXR-200L做不同温度和加量下的水泥浆稠化时间，试验数据如表1示。可以看出，稠化时间的变化与其加量的成正比，随试验温度的增加，水泥浆稠化时间缩短，当使用温度较高时，需要增加缓凝剂的加量。
表1温度和加量对BXR-200L的性能影响
注：水泥浆密度为1.90g/cm3。
如图4和图5所示，给出一级领浆稠化曲线和一级尾浆稠化曲线。表2一级领浆和一级尾浆性能表，当温度不同，压力相同时，温度高稠化时间短，温度低稠化时间长。
表2一级领浆和一级尾浆性能表

Claims (5)

1.一种油气田区域探井固井水泥浆工艺，其特征是：按公式1）和公式2）分别校核地层静止温度和循环温度，将井底静止温度乘以80～85%为循环温度，注水泥塞和挤水泥作业试验温度取目的井深静止温度的85～100%；
井底静止温度TS计算公式：
TS=1+H×0.030944                         1）；
循环温度TC计算公式：
TC= T出口温度+H/168                         2）；
TC—循环温度       ℃；
TS—井底静止温度    ℃；
T出口温度—钻井液出口温度  ℃；
H—钻井井深     m；
当循环温度小于100℃时，在常规使用的中温水泥浆体系的基础上加入USZ分散剂、G60S降失水剂、G64缓凝剂；当循环温度大于100℃时，在常规使用的中温水泥浆体系的基础上，加入USZ分散剂、BXF-200L降失水剂和BXR-200L缓凝剂；当静止温度超过90℃时，在G级水泥中加入35%的石英砂，再加入USZ分散剂、G60S降失水剂、G64缓凝剂；防止水泥石长期在高温作用下强度衰退，水的比例是中温水泥浆体系的52%。
2.根据权利要求1所述的一种油气田区域探井固井水泥浆工艺，其特征是：所述的常规使用的中温水泥浆体系是：G级水泥、漂珠、微硅，中温水泥浆体系G级水泥、漂珠、微硅的比例=85:15:5。
3.根据权利要求1所述的一种油气田区域探井固井水泥浆工艺，其特征是：所述的当循环温度大于100℃时，降失水剂G60-S占中温水泥浆体系的2%，缓凝剂G64占中温水泥浆体系的0.28%，USZ分散剂占中温水泥浆体系的0.2%。
4.根据权利要求1所述的一种油气田区域探井固井水泥浆工艺，其特征是：所述的当循环温度大于100℃时，液体降失水剂BXF-200L占中温水泥浆体系的3-6%，液体缓凝剂占中温水泥浆体系的BXR-200L0.4%。
5.根据权利要求1所述的一种油气田区域探井固井水泥浆工艺，其特征是：所述的当静止温度超过90℃时，G级水泥为100份，降失水剂G60-S占G级水泥的2%，缓凝剂G64占G级水泥的0.15%，分散剂USZ占G级水泥的0.2%，石英砂占G级水泥的35%。
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