高温水泥浆体系的研制与应用

2010-08-31姜红波唐晓雷刘来生杨代蓉陈玉同冷士华

石油地质与工程 2010年3期

关键词：减阻剂缓凝剂水泥石

姜红波,唐晓雷,刘来生,杨代蓉,陈玉同,冷士华

(1.长江大学,湖北荆州434023;2.中国石化河南石油勘探局钻井工程公司)

高温水泥浆体系的研制与应用

姜红波1,2,唐晓雷2,刘来生2,杨代蓉2,陈玉同2,冷士华2

(1.长江大学,湖北荆州434023;2.中国石化河南石油勘探局钻井工程公司)

针对深井高温环境常规水泥外加剂失效、水泥浆性能变差等问题,研制出高温深井水泥浆体系及配套的减阻剂 HNJZ1、缓凝剂 HNHN1、降失水剂 HNJS1。室内实验和现场应用表明,该高温深井水泥浆体系具有失水量低、流变性能好、稠化时间易调、水泥石强度发展快、抗压强度高等特点。

高温水泥浆体系;外加剂;水泥石强度;抗压强度

针对深井高温环境常规水泥材料及外加剂失效,导致水泥浆流变性能差、游离水大量增加、水泥浆迅速稠化、水泥石强度衰减等问题,开展了减阻剂、降失水剂、缓凝剂等外加剂优选和配伍性能等项研究,最终配制出适合高温深井的水泥浆体系。室内实验及现场应用证实,该高温深井水泥浆体系具有失水量低、流变性能好、稠化时间易调、水泥石强度发展快、抗压强度高等优点。

1 室内实验及分析

根据高温水泥浆体系性能的要求,对水泥外加剂在不同加量下的性能进行了实验及评价,并对选定的配方进行了综合性能实验。

1.1 缓凝剂 HN HN1的性能

取嘉华G级水泥8 0 0g,按要求配置水灰比0.44纯浆,在温度130 ℃时,加压60MPa,HN HN1不同加量对水泥浆稠化时间的影响实验结果见表1。

表1 HNHN1对水泥浆稠化时间影响结果

从中可以看出,优选的缓凝剂 HNHN1对油井水泥有明显的缓凝效果,其缓凝剂加量为水泥干重的0.08%就可使水泥浆的稠化时间比原浆延长55 min,并且随着缓凝剂加量的增加,稠化时间呈线性增长,对水泥浆的稠化时间具有较好的可调性。

1.2 降失水剂 HNJS1的性能

取嘉华 G级水泥800g,按要求配置水灰比0.44纯浆,在实验温度130℃时、加压60MPa条件下,HNJS1不同加量对水泥浆失水性能实验结果见表2。从中可看出,随着 HNJ S1降失水剂加量的不断增加,其水泥浆的失水量不断降低,当加量为水泥干重的1.2%时,失水小于50mL,能较好地满足固井工程的需要。

表2 HNJS1的降失水性能

1.3 减阻剂 HNJ Z1的性能

取嘉华G级水泥8 0 0g,按要求配置水灰比0.44纯浆,在实验温度130℃时,HNJ Z1不同加量对水泥浆流变性能影响实验见表3。

表3 HNJZ1减阻剂加量与水泥浆流变性关系

由表3可以看出:随着减阻剂加量增加,稠度系数 K不断减小,水泥浆流性指数 n不断增大。HNJ Z1加量较小时,随着减阻剂含量的增加,K值迅速减小,在含量为0～0.4%之间变化明显,含量超过0.4%以后,K值很低,含量到0.6%时 K值降低到0.18。可见,该减阻剂对水泥浆有较好分散效果。

1.4 室内配方及综合性能评价

高温深井固井水泥浆是以油井水泥为基础,混掺大量外料和外加剂的水泥水基悬浮体,其性能为各种成份共同作用的结果。

1.4.1 高温水泥浆体系室内配方

高温水泥浆配方组成:油井水泥+石英砂35%+降失水剂(HNJS1)5%+缓凝剂(HN HN1)1.6%+减阻剂(HNJ Z1)0.4%+消泡剂 HNXP1适量。

1.4.2 高温水泥浆体系综合性能

根据上述配方,通过室内实验,对水泥浆性能进行了综合评价,具体结果见表4和表5。实验中所用水泥为嘉华 G级高抗水泥,用量为600g,水质为自来水,水泥水灰比0.54。

表4 高温水泥浆体系的基本性能

表5 高温水泥浆体系综合性能

从中可看出:该水泥浆体系具有综合性能优良,所选用的外加剂配伍性好,水泥浆密度易调节,失水易控制,游离液低,稠化时间可调,抗压强度高,能够适用于高温环境条件下的高密度水泥浆固井。

2 现场应用效果

泌深1井是河南油田重点探井,设计井深6 000 m,三开φ244.5mm技术套管下深4 500m,要求封固井段2 900～4 500m,采用分级固井技术。该区地温梯度大,在井深1 800m处地温梯度为3.8℃/100m,在三开井底静止温度为160℃,循环温度为130℃,因此,决定采用抗高温水泥浆施工。现场水泥浆配方设计为:石英砂33.3%+HNHN1:1.6%+HNJS1:5.0%+HNJ Z1:0.4%+HNXP1适量,其具体应用结果见表6。从中可看出,该水泥浆体系适应高温环境,流变性好,失水低,零游离水,抗压强度发展迅速,水泥石性能稳定。该固井电测解释表明封固段质量合格。