李望軍 周成裕 廖易波 廖清清
(1.中海油田服務股份有限公司油田化學事業(yè)部,廣東 深圳 518054;2.重慶科技學院化學化工學院,重慶 401331;3.中石油川慶鉆井液技術(shù)服務公司,成都 610051)
固井后的環(huán)空氣竄是一種有害現(xiàn)象,是指注水泥工序結(jié)束后,在水泥漿由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)的過程中,由于膠凝失重或竄槽等原因造成膠結(jié)質(zhì)量差,氣層氣體竄入水泥石基體,或進入水泥與套管,或進入水泥與井壁之間的間隙中而引起層間互竄甚至竄入井口[1-4]。
發(fā)生環(huán)空氣竄的主要危害是:直接影響水泥石膠結(jié)強度[5];導致層間竄流,直接影響油氣層的測試評價,污染油氣層,降低油氣采收率;對油田開發(fā)后續(xù)作業(yè)如酸化壓裂和分層開采等造成不利影響;嚴重時可在井口冒油,甚至造成井噴事故,即使采用擠水泥等補救工藝也很難解決。為了避免氣竄現(xiàn)象的發(fā)生,開發(fā)研制一種專門用于縮短水泥漿靜膠凝強度過渡時間、基本具備直角稠化性能的新型防氣竄劑DA34L。
DA34L是一種乳白色的液體添加劑,密度為1.40 g/cm3,加量為 0.5% ~6%,適用溫度為 0 ~160℃。DA34L能明顯縮短水泥漿靜膠凝強度過渡時間,顯著提高水泥石的早期強度及最終強度,改善水泥漿的失水、自由液現(xiàn)象,優(yōu)化稠化過渡時間,基本具備直角稠化性能。
模擬南海番禺區(qū)塊高溫高壓井況,采用嘉華G級水泥,井底循環(huán)溫度為128℃,井底壓力為94 MPa,進行室內(nèi)模擬與評價。
1#水泥漿配方:100g水泥 +35%C81+41.09g水 +1%F41L+4%G80L+10%GR1+1.5%B10+1.2%H40L+0%DA34L。
2#水泥漿配方:100g水泥 +35%C81+40.69g水 +1%F41L+4%G80L+10%GR1+1.5%B10+1.2%H40L+1%DA34L。
1#、2#水泥漿性能如表1所示。
表1 水泥漿性能
從表1可以看出,當1#水泥漿中加入1%的新型防氣竄劑DA34L之后,2#水泥漿的失水和自由液情況均得到了改善,水泥石的24 h抗壓強度提高了16.8%。這說明新型防氣竄劑DA34L與該水泥漿體系具有良好的配伍性。
模擬南海番禺區(qū)塊高溫高壓井況,采用嘉華G級水泥,井底循環(huán)溫度為128℃,井底壓力為94 MPa,進行稠化試驗。1#、2#水泥漿稠化曲線分別如圖1、圖2所示。
通過圖1和圖2可以得出,1#水泥漿的稠化時間為251 min,泵送時間為241 min,稠化過渡時間為10 min;2#水泥漿的稠化時間為210 min,泵送時間為208 min,稠化過渡時間為2 min。相比1#水泥漿,2#水泥漿更加突出直角稠化性能。具有直角稠化性能的水泥漿,減少了水泥漿頂替到位后,發(fā)生環(huán)空氣竄的可能性。
模擬南海番禺區(qū)塊高溫高壓井況,采用嘉華G級水泥,井底靜止溫度為154℃,進行超聲波靜膠凝強度分析(UCA)試驗。1#、2#水泥漿UCA曲線分別如圖3和圖4所示。
圖1 1#水泥漿稠化曲線
圖2 2#水泥漿稠化曲線
圖3 1#水泥漿UCA曲線
圖4 2#水泥漿UCA曲線
由圖3和圖4可以看出,從開始至1#水泥漿發(fā)生稠化用時371 min,靜膠凝強度達到48 Pa用時186 min,靜膠凝強度達到240 Pa用時242 min,靜膠凝過渡時間為56 min,24 h UCA強度為19 MPa;至2#水泥漿發(fā)生稠化用時186 min,靜膠凝強度達到48 Pa用時129 min,靜膠凝強度達到240 Pa用時152 min,靜膠凝過渡時間為23 min,24 h UCA強度為23.66 MPa。相比1#水泥漿,2#水泥漿稠化的時間明顯提前,靜膠凝過渡時間從56 min縮短到了23 min,且UCA最終強度提高了25.1%。靜膠凝過渡時間縮短,大大降低了注水泥結(jié)束后由于膠凝失重發(fā)生氣竄的可能性。
當1#水泥漿中加入1%新型防氣竄劑DA34L之后,2#水泥漿稠化用時210 min,比1#水泥漿稠化時間縮短了41 min。通過調(diào)節(jié)緩凝劑H40L的加量,模擬南海番禺區(qū)塊高溫高壓井況,采用嘉華G級水泥,井底循環(huán)溫度為128℃,井底壓力為94 MPa,進行室內(nèi)模擬與評價。水泥漿配方如下:
3#水泥漿配方:100 g水泥+35%C81+41.09 g水 +1%F41L+4%G80L+10%GR1+1.5%B10+1.5%H40L+1%DA34L。
4#水泥漿配方:100 g水泥+35%C81+40.69 g水 +1%F41L+4%G80L+10%GR1+1.5%B10+2.0%H40L+1%DA34L。
3#、4#水泥漿稠化曲線如圖5和圖6所示。
由圖5和圖6可以看出,3#水泥漿的稠化時間為224 min,4#水泥漿的稠化時間為243 min,隨著高溫緩凝劑H40L加量的逐漸增大,水泥漿的稠化時間相應延長。這說明加入新型防氣竄劑DA34L后的水泥漿稠化時間線性可調(diào)。
圖5 3#水泥漿稠化曲線
圖6 4#水泥漿稠化曲線
此外,3#水泥漿的稠化過渡時間為1 min,4#水泥漿的稠化過渡時間為1 min。相比1#水泥漿,加入1%新型防氣竄劑DA34L之后的2#、3#、4#水泥漿更具近似直角稠化性能。
加入新型防氣竄劑DA34L后的防氣竄水泥漿已經(jīng)多次應用于南海番禺區(qū)塊高溫高壓井段,在9-5/8″套管固井中,根據(jù)防氣竄水泥漿的稠化時間以及超聲波靜膠凝強度發(fā)展趨勢,在固井結(jié)束12 h后倒開送入工具,即探得水泥塞面;而未加新型防氣竄劑DA34L的普通水泥漿,在固井結(jié)束24 h后才能探得水泥塞面。加入新型防氣竄劑DA34L后的防氣竄水泥漿明顯縮短了固井候凝時間,節(jié)約了鉆井生產(chǎn)成本。加入新型防氣竄劑DA34L后的防氣竄水泥漿,7次現(xiàn)場測固井中有6次固井質(zhì)量優(yōu)秀,1次固井質(zhì)量良好。
為了避免氣竄現(xiàn)象,改善防氣竄的性能,開發(fā)研制出新型防氣竄劑DA34L。該新型防氣氧劑具有以下優(yōu)勢:
(1)DA34L是一種乳白色的液體添加劑,密度為1.40 g/cm3,能明顯縮短水泥漿靜膠凝強度過渡時間,顯著提高水泥漿的開始強度及最終強度。
(2)DA34L能改善水泥漿的失水、自由液現(xiàn)象,優(yōu)化稠化過渡時間,具有近似直角稠化性能。
(3)加入DA34L后的防氣竄水泥漿,可近似直角稠化,靜膠凝強度過渡時間短,縮短了水泥漿候凝時間,提高了鉆進速度,節(jié)約了鉆井成本。
[1]劉崇建,黃柏宗.油氣井注水泥理論與應用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001:61-72.
[2]劉崇建,張玉隆譯.國外油井注水泥技術(shù)[M].成都:四川科學技術(shù)出版社,1992:24-32.
[3]焦勇.水泥氣侵的根源及現(xiàn)行解決方法的評析[J].鉆采工藝,2000(3):19-25.
[4]劉大為.現(xiàn)代固井技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994:12-18.
[5]朱海金,屈建省,劉愛萍,等.水泥漿防氣竄性能評價新方法[J].鉆井工程,2010,30(8):55-58.