深水高温高压固井水泥浆体系在南海某井应用 |
作者 :吴志明 刘智勤 | | 更新时间:2021-10-21 |
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(中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057) 摘要:南海西部海域陵水区块是典型的深水高温高压区块,同时面临深水、高温、高压多重难题,给固井作业带来巨大挑战。结合南海西部深水高温高压井的 情况,分析了深水高温高压固井的技术难点,优选出 PC-H40L 缓凝剂和满足深水高温高压井段固井要求的水泥浆体系。该体系高温性能稳定,稠化时间规律明显, 满足高压条件下抗压强度要求,并具有良好的防窜性能。 关键词:深水气井;高温;固井;缓凝剂;防窜 南海西部海域陵水区块是典型的深水高温高压区块,该区块目前 最大作业水深达1688m,钻遇的最高井底温达167℃,最高压力系数 可达2.01,泥线温度约2~3℃,井底和泥线处的高温差,通常井底的 水泥浆能够按要求凝固,而泥线处的往往出现过缓凝现象,严重影响 固井质量。目前,国内生产和使用的用于井温80℃以上的油井水泥缓 凝剂普遍存在着缺陷,其适用温度范围一般仅为40℃的跨度,对温度 的敏感性较大,这对固井作业安全产生不利影响[1]。因此在深水高温 高压井中需要特别对缓凝剂进行试验和优选,来选择满足温度压力要 求的缓凝剂[2],并综合对比了胶乳和树脂两种体系的整体性能,优选 出满深水高温高压井段固井要求的水泥浆体系。 1 深水高温高压井固井难点 深水高温高压井具备以下特点:井位水深超过600米,井底温度 高,温度变化大,地温梯度一般为3.64~4.4℃/100m,地层压力高, 变化大,地层复杂,地层多压力体系[3]。 对于深水高温高压固井,除常规固井作业中存在的泥浆窜槽、油 气窜流及固井漏失问题还存在以下主要难点[4]:适合高压井的水泥浆 体系和前置液没有成型的配套;固井过程中的防漏和防涌;高密度水 泥浆体系的混配和注入;水泥浆顶替效率低;平衡压力固井流变学设 计。 2 缓凝剂 PC-H40L 性能测试 2.1 温敏和加量敏感性测试 通过调研分析,目前主流的缓凝剂为 PC-H40。因此,选取三个 具有代表性的温度点 70℃、130℃、160℃进行稠化实验,每个温度 点做三个加量变化,缓凝剂 PC-H40L 评价实验结果见表 1。 表 1 不同温度不同缓凝剂加量下的稠化时间 实验温度 (℃) 序号 缓凝剂 H40L 加量 (%) 稠化时间 (min) 0.25 145 0.37 208 70 配方 1 0.50 252 2.0 207 2.5 251 130 配方 2 3.0 285 2.5 180 3.0 221 160 配方 3 3.5 240 通过上表可知:同一加量下 PC-H40L 缓凝剂对温度敏感性小; 随着缓凝剂加量的增加,水泥浆稠化时间延长、规律明显,缓凝剂加 量和稠化时间具有很强的线性对应关系,这样方便根据现场施工时间 的需要来调整缓凝剂加量。 2.2 稠化和抗压强度性能测试 2.2.1 PC-H40L在树脂水泥浆体系中的应用 实验条件:模拟井底循环温度76℃、井底静止温度为117℃,到 达井底的时间为45min,井底压力60MPa。实验结果如下表2。从表中 可以看出:水泥浆浆体稳定,流动性好,稠化曲线平滑平稳,稠化转 化时间短,静胶凝强度发展迅速,24h抗压强度大于15.17MPa, PC-H40L在树脂体系中能够很好的应用。 表 2 树脂水泥浆体系实验性能 项目 实验结果 76℃流变性能 7/10 96/170 232 76℃失水(ml/30min) 24 24h 抗压强度(MPa) >15.17 76℃稠化时间(min) 282 注:水泥浆配方为44.33%FW + 0.4%X60L + 0.5%X66L + 2%F45L + 3.5%GS12L + 1%GS13L + 4%B83L + 0.3%H40L + 0.5%B10 + 35%C81 + 100%SD“G”水泥。 2.2.2 PC-H40L在胶乳水泥浆体系中的应用 实验条件:模拟井底循环温度为97℃、井底静止温度为152℃, 到达井底的时间为60min,井底压力80MPa。实验结果见表3。从表中 可以看出:水泥浆流动性好,稠化曲线平滑平稳,稠化转化时间短, 静胶凝强度发展迅速,24h抗压强度大于13.79MPa,PC-H40L在胶乳 体系中也能够很好的应用。 表3 胶乳水泥浆体系实验性能 项目 实验结果 93℃流变性能 6/8 78/123 180 93℃失水(ml/30min) 35 24h 抗压强度(MPa) >13.79 97℃稠化时间(min) 222 注:水泥浆配方为 53.53%FW + 0.5%X60L + 0.5%X66L + 2%F41L + 6%G80L + 6%GR6 + 1.5%GS13L + 6%GS12L + 0.8%H40L + 2%B20 + 35%C81 + 25%D20-250 目+ 50%D20-1200 目 + 100%SD“G”水泥。 3 树脂和胶乳水泥浆体系防窜及常规性能对比 3.1 4%胶乳及4%树脂水泥浆性能对比实验(2.15 g/cm3) 实验分别测试了 4%胶乳和 4%树脂水泥浆体系(2.15 g/cm3 )的 防窜性能、抗压强度、稠化时间、流变性能和 API 失水量,实验结果 见表 4。 表 4 4%胶乳及 4%树脂 2.15sg 水泥浆体系性能对比(97℃) 配方 流变性 φ300/200/100/60/30/6/3 API 失水/mL 过渡时间/min 稠化时间 /min 24h 抗压强度 (MPa) SPn 1 180/123/78/8/6 8 340 17.17 1.74 2 190/130/82/8/6 35 5 282 18.44 1.52 配方 1:57.684%FW + 0.5%X60L + 0.5%X66L + 2%F41L + 4.5%G80L + 4%GR6 + 6%MICRO-BLOCK + 1.5%GS13L + 0.7%H40L + 2%B20 + 25%D20(250 目) + 50%CD20(12 目) + 35%C81 + 100%SD”G”水泥。 配方 2:57.684%FW + 0.5%X60L + 0.5%X66L + 2%F41L + 4.5%G80L + 4%树脂+ 6%MICRO-BLOCK + 1.5%GS13L + 0.6%H40L + 2%B20 + 25%D20(250 目) + 50%CD20(1200 目) + 35%C81 + 100%SD”G”水泥。 实验结果表明,在 2.15sg 时,4%胶乳对比 4%树脂时,优势并不 明显,在抗压强度和 SPn 值上均表现一致。 3.2 6%胶乳及6%树脂水泥浆性能对比实验(2.15 g/cm3) 实验分别测试了6%胶乳和6%树脂水泥浆体系(2.15g/cm3)的防 窜性能、抗压强度、稠化时间、流变性能和API失水量,实验结果见 表5。配方3:53.53%FW + 0.5%X60L + 0.5%X66L + 2%F41L + 6%G80L + 6%GR6 + 6%MICRO-BLOCK + 1.5%GS13L + 0.7%H40L + 2%B20 + 25%D20(250目) + 50%CD20(1200目) + 35%C81 + 100%SD”G”水 泥。 配方4:53.53%FW + 0.5%X60L + 0.5%X66L + 2%F41L + 6%G80L + 6%B83 + 6%MICRO-BLOCK + 1.5%GS13L + 0.7%H40L + 2%B20 + 25%D20(250目) + 50%CD20(1200目) + 35%C81 + 100%SD”G”水 泥。 表5 6%胶乳及6%树脂2.15sg水泥浆体系性能对比(97℃) 配方 流变性 φ300/200/100/60/30/6/3 API失水/mL 游离液 /mL 40BC-100BC过渡 时间/min 稠化时间 /min 24h 抗压强度 (MPa) SPn 3 207/149/82/8/6 6 223 14.48 1.31 4 286/202/114/10/7 24 0 8 228 17.80 2.06 实验结果表明,6%胶乳对比6%树脂时, 6%胶乳体系浆体较稀, 利于泵送;且6%胶乳体系的防窜能力得到较大提升,SPn值仅为1.31, 6%树脂体系抗压强度偏高。 3.3 6%胶乳及6%树脂水泥浆性能对比实验(2.2 g/cm3) 实验分别测试了6%胶乳和6%树脂水泥浆体系(2.2g/cm3)的防窜性 能、抗压强度、稠化时间、流变性能和API失水量,实验结果见表7。 配方5:52.88%FW + 0.5%X60L + 0.5%X66L + 2%F41L + 6%G80L + 6%GR6 + 6%MICRO-BLOCK + 1.5%GS13L + 0.4%H40L + 2%B20 + 30%CD20(250目) + 55%CD20(1200目) + 35%C81 + 100%JH”G”水泥 配方 6:52.88%FW + 0.5%X60L + 0.5%X66L + 2%F41L + 6%G80L + 6%GR6 + 6%MICRO-BLOCK + 1.5%GS13L + 0.4%H40L + 2%B20 + 30%CD20(250 目) + 55%CD20(1200 目) + 35%C81 + 100%JH”G”水泥 表 7 6%胶乳及 6%树脂 2.2sg 水泥浆性能对比实验(97℃) 配 方 流变性 φ300/200/100/60/30/6/3 API 失水/mL 过渡时间/min 稠化时间 /min 24h 抗压强度(MPa) SPn 5 195/140/79/8/6 6 240 17.93 0.63 6 285/205/115/10/8 20…… 全科论文中心http://www.issncn.com
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