增韧水泥浆用于修补长庆油田采油三厂套损井.docx

文章编号 : 100024092 ( 2009 ) 01 20018203增韧水泥浆用于修补长庆油田采油三厂套损井 3王志龙 1 ,罗 跃 1 ,张 煜 2 ,龙永福 2 ,姚晓 3( 1. 长江大学化学与环境工程学院 ,湖北 荆州 434023; 2. 中国石油长庆油田分公司第三采油厂 ,宁夏 银川 750001;3. 南京工业大学材料科学与工程学院 ,江苏 南京 210009 )摘要 :为修补破损的水泥环和套管 ,研制了以纤维材料和颗粒剂为主要材料的两种复合增韧剂 CSDL 21 和 CSDL 22,给出了配方 。将增韧剂掺入 G级油井水泥 ,按水灰比 0144配制成两种增韧水泥浆 ,在 80下其初凝时间分别为 1112小时和 89小时 ,终凝时间分别为 18小时和 14小时 ,均可适当调整 ,在淡水和盐水中 ,在室温自由养护 、60 高压养护 ,三轴应力养护后的抗压强度均大于 24 M Pa,其胶结强度高 ,随温度升高 ( 20 100)边疆增大 。断裂面 电镜照片表明纤维材料减缓了裂 纹的扩展 。介绍了 用该增韧水泥浆成功 修 补 两 口 套 损 井 的 情 况 。图 3 表 4 参4关键词 :套管损坏 ;水泥环损坏 ;修补 ;油井水泥浆 ;复合增韧剂 ;纤维材料 ;长庆采油三厂中图分类号 : TE256 + 16: TE358 + 14文献标识码 : A随着油田的不断开发 ,套损井逐年增加 ,套损趋势不断恶化 1 。长庆油田采油三厂现有套损井 176口 ,在用套损井 61 口 ,主要分布在宁夏老区和油吴 地区 , 日产 油 138192 t, 套 损的 主 要 原 因 是 套 管 腐 蚀 。据近年来的统计 ,采油三厂套损井的数量有逐 年加速上升趋势 。通常使用纤维增韧剂降低水泥环 的脆性来解决上述问题 。一般纤维增韧剂虽然能提 高水泥石的延展性 (弹性变形 ) ,但却显著降低了水 泥石的阻裂性 ,而阻裂性能的降低又会阻碍水泥石 韧性的提高 2 4 。本文报道一种能同时提高水泥石 的延展性和阻裂性的新型增韧剂 。第三采油厂与长江大学化学与环境工程学院联合研发 。所用材料有颗粒和纤维两类 ,其中防漏增韧剂 为纤维材料 ,其余均为颗粒状 。112 实验仪器瓦楞混合器 ,美国 Chand le r公司 ; ZNN 2D6 型六 速旋转黏度计 ,青岛海通达专用仪器厂 ; N YL 2600 型 强度试 验 机 , 无锡 建筑 材 料仪 器机 械厂 ; JSM 26300 型扫描电子显微镜 ,日本 J EOL 公司 ; 8 220 型高温高 压养护釜 ,美国 Chand le r公司 。113 实验方法11311 制浆外加剂采用外掺法 ,掺量按水泥干质量的百分 比 计 ( % BWOC ) , 按 美 国 石 油 协 会 标 准 A P ISPEC110 ( 1995 )配浆 ,水灰比固定为 0144。11312 抗压强度测定自由状态养护强度 : 在 2154 cm 2154 cm圆柱钢模中装入水泥浆 (每组 6个 ) ,在 50 或 80 下养护 24 h或继续养护至规定龄期后脱模 ,测定抗 压强度 ;使用 A P I标准强度试模 ( 5108 cm 5108 cm1 实验部分1 11 主要实验材料G级油 井 水 泥 , 四 川 嘉 华 水 泥 厂 。 ZR 21、ZR 22 水泥改性剂 ,改变水泥浆的流动性 ; TJ 21、JL 22、YH 21 膨胀剂 ,增加水泥石的膨胀度 ,提高胶结强度 ; PZ21 结 构 形 成 剂 ; J Z21、XD 21、PW 21 凝 胶 固 化 剂 ; ZJ 21、 JH 21防漏增韧剂 ,为具有一定柔性的纤维材料 ; XS21、XH Z分散剂 ; SQ 降滤失剂 ; 以上材料由长庆油田3收稿日期 : 2008 206 202;修改日期 : 2008 211 225。作者简介 :王志龙 ( 1962 - ) ,男 ,副教授 ,西南石油学院油田化学专业学士 ( 1982 ) 、油气田开发工程专业硕士 ( 1995 ) ,现在长江大学化工 学院从事油田化学科研和教学工作 , 通讯地址 : 434023 湖北省荆州市南环路 1 号长江大学化学与环境工程学院 , E2m a il: wangzl yangtzeu. edu. cn。第 26 卷第 1期王志龙 ,罗跃 ,张煜等 :增韧水泥浆用于修补长庆油田采油三厂套损井195108 cm ) 成型 , 在度 。60 养护 24 h 后脱模测定强果见表 2。可以看出 ,堵剂 CSDL 21 和 CSDL 22 的初凝 、终凝时间均能满足施工要求 ,且能根据现场施工 要求适当调整 。高 温 高 压 条 件 养 护 强 度 : 将 水 泥 浆 倒 入2154 cm 2154 cm 圆柱钢模后立即置于高温高压 养护釜中 ,在 80 、30 M Pa 下养护 48 h 脱模 ,测定 其抗压强度 。三轴受限养护强度 :将水泥浆倒入 2 cm 4 cm 三联圆柱钢模中 ,上下用 2 cm 厚的钢板密封固 定 ,在 80 (或 50 ) 、011 M Pa 下养护至规定龄期 测定其强度 。11313 胶结强度测定将水泥浆倒入 2 cm 6 cm 三联圆柱钢模中 , 在 50 (或 80 ) 、011 M Pa 下养护至规定龄期后 , 测定挤出水泥柱的最大压力并计算其与钢管间的胶 结强度 。11314 其它性能测定水泥浆的密度按 A P I SPEC110 测定 ,流变性及 凝结时间按国家标准 GB 1346 289水泥标准稠度用 水量 、凝结时间 、安定性检验方法 测定 。表 2堵剂初凝终凝时间测定 (养护温度 80 )表观黏度/m Pas塑性黏度/m Pas初凝时间/ h终凝时间/ h堵剂CD SL 21331911 128 918CD SL 2247181421212 抗压强度测定用淡水 、盐水 ( 10 %氯化钠溶液 )分别配制的堵 剂 CSDL 21 和 CSDL 22 在不同条件下养护后的抗压 强度测定结果见表 3。高温高压下 , 2种堵剂养护后 的抗压强度均大于 30 M Pa,且采用盐水配制的要高 于淡水配制的 ,能很好地满足堵剂在堵漏施工作业中对强度和抗盐性的要求 。在自由状态和三轴受限 下 , 2种堵剂养护后的抗压强度也远远大于 18 M Pa。表 3 堵剂 CSDL 21、CSDL 22在不同养护条件下的抗压强度抗压强度 /M Pa堵剂水质2 实验结果与讨论自由状态高温高压三轴受限CSDL 21淡水2532272 11 堵剂体系的室内筛选堵剂配方组成及其流变性能测试结果见表 1。6 号 、7号堵剂的性能优于其他堵剂 。经反复调整优选 、 实验评价 ,最终确定 CSDL 21 ( ZR 21 210% + JL 22 112%+ JZ21 015% + PZ21 3% )和 CSDL 22 ( ZJ 21 610% + XS2盐水283634CSDL 22淡水243329盐水26393421213 胶结强度测定不同温度下堵剂 CSDL 21、CSDL 22 的胶结强 度 见图 1。可以看出 ,堵剂 CSDL 21、CSDL 22 的胶结强度随温度的升高而逐渐增大 ,且强度很高 ,能很好地满足堵漏施工作业中对堵剂的强度要求 。21214 固化体微观结构1 012 016% + TJ 21 011 110% + ZR 22 013 1%XD 21 015112% )两种堵剂体系 。2 12 堵剂性能评价21211 堵剂初凝 、终凝时间测定堵剂 CSDL 21 和 CSDL 22 初凝 、终凝时间测定结+表 1 堵剂流变性评价实验结果表观黏度 /m Pas静切力 / Pa配方 3编号常温 ( 4 h)50 ( 2 h)常温 ( 4 h)50 ( 2 h)1234567H S 118 % + PAM 112 % + CDH 21 115 %BQ 23 210 % + N Y 118 % + JQJ 015 % + CE 012 % + PBX 012 % H PAM 1 % + JQ 014 % + B F21C 015 % + JLJ 21B 011 %PW 115 % + GJ 22 018 % + YHJ 015 % + PW 21 015 % + FA 013 % PH 012 % + ZJ 22 710 % + LJ 21 110 % + CY21 011 %ZR 21 210 % + JL 22 110 % + JZ21 015 % + PZ21 3 %ZJ 21 610 % + XS21 016 % + TJ 21 112 % + ZR 22 112 % + XD 21 110 %23103015261016103215651045102634302239098固化3158217254551812821035固化 8 ZR 21 110 % + ZJ 22 515 % + XD 21 110 % + J Z21 015 % 6510 98 25 35 3 堵剂由所有添加剂混合后一起加入油井水泥中配制而成 ,加量以水泥干质量计 ,水灰比固定为 0144。油 田 化学2009 年20图 1 不同温度下堵剂 CSDL 21和 CSDL 22的胶结强度堵剂 CSDL 21 固化体受力后的显微照片见图 2。固化体基体内部存在许多初始微裂纹和微孔隙 ,当 基体受冲击力作用时微裂纹和微孔隙迅速发展 ,形成宏观裂纹和裂缝 (图 2 (上图 ) ) 。纤维有效地阻 滞了基体裂纹扩展 (图 2 (下图 ) ) ,因而提高了堵剂 的强度和韧性 。2 13 现场应用效果吴 273 井 、定 31 219 井两口套损井化学堵漏现 场施 工 情 况 见 表 4。其 中 定 31 219 井 注 入 堵 剂 CSDL 21 ,吴 273井注入堵剂 CSDL 22。施工步骤如下 :作业队完成堵漏前的验管 、通井 、验套等工序 并合格后下笔尖至 1300 m ,填砂 1125 m3 ,沉降 8 h, 探砂面 ,砂面 1362 m 合格 ,起出井内管柱 ;装好 350 型高压悬挂式井口 (油套双闸门 ) ,用 4 道地锚绷绳固定 ;图 2 堵剂 CSDL 21固化体受力后的显微照片下钻冲管柱钻 、冲塞面至 1358 m ,装好高压井口验证封堵效果 ,清水试压 10 M Pa, 30 m in 压降 小于 015 M Pa为合格 。根据漏失段位置不同 , 主要采用 光油 管 (漏 失段深度大于 1000 m ) 、空井筒平推 (漏失段深度小于1000 m )两种施工管柱 , 保证堵剂安全有效地进入 漏失段 。吴 273井 、定 31 219 井 2 口套损井采用座封措 施修井 ,每口井的累计费用为 36万元 /年 ,采用化学堵漏每口井只需一次性投入 30 万元 。与通常采用 的座封措施相比 ,日增油分别为 0188、1141 t, 增油286 天 ,累计增油 65419 t。接好 700 型 水 泥 车 管 线 , 地 面 管 线 试 压M Pa,不刺不漏为合格 ;40装好套压表 ,用清水测试漏点吸水指数 ,视压力情况挤堵剂 1035 m3 ,挤清水 5 15 m3 ,施工压 力控制在 35 M Pa以下 ;关井反应 48 h (同时装好油压表 , 每班录取 二次油压资料 ,观察油压变化情况 ) ;表 4 定 31 219井 、吴 273井化学堵漏效果日产液 /m3含盐 /m g g - 1生产条件井号含水 / %日产油 / t有效期 /天套破前定 31 219 井吴 273 井 定 31 219 井吴 273 井 定 31 219 井吴 273 井 定 31 219 井吴 273 井15100710032141313314118161383012514176841064169410100871970108711611437408126451978703642781283753221002110015200152314311404184套破后座封后3535286286化堵后(下转第 7 页 。 to be con tinued on p. 7 )第 26 卷第 1期黄红玺 , 许明标 , 王昌军等 :弱凝胶无固相聚胺钻井液性能室内研究7m em b rane effic iency wa te r2based d rilling flu id s w ith o il2ba sed d rilling flu id2like p e rfo rm ance in sha le stab ilization Z . SPE / ISRM 78159 , 2002.Gue rre ro X, Guerre ro M , W a rren B. U se of am ine / PH PA system to d rill h igh reac tive sha le s in the O rito fie ld in Co lom b ia Z . SPE 104010 , 2006.A l2A n sa ri A , Yadav K. D ive rse app lica tion of un ique h igh2p e rfo rm ance wa ter2ba sed2m ud techno logy in the M idd le East Z . SPE / IADC 97314 , 2005.能 ,温度稳定性好 ,能满足现场作业的施工要求 。参考文献 : 4 1 张克勤 ,何纶 ,安淑芳. 国外高性能水基钻井液介绍 J . 钻井液与完井液 , 2007 , 24 ( 3 ) : 69 273.冯京海 ,张克勤. 水基钻井液配方组合的回顾与展望 J . 油 田化学 , 2005 , 22 ( 3 ) : 269 2275.Tan C P, W u B L. D eve lopm en t and labo ra to ry verifica tion of h igh 2 5 3 L a bora tory Re sea ch on Perform an ce Proper t ie s of W ea k ly Ge lled So lid Free Po lyam in e D r ill2in F lu idHUAN G Hong2X i1 , XU M ing2B iao1 , WAN G Chang2Jun2 , ZHAN G Cheng1( 1. Petroleum Eng ineering College, Yang tze U n iversity, J ingzhou, Hubei 434023, P R of C h ina; 2. College of C hem istry and Eviorm en ta l Eng ineering, Yang tze U n iversity, J ingzhou, Hubei 434023, P R of Ch ina )A b stra c t: The titled po lyam ine d rill2in flu id is exce llen t in inh ib ito ry p e rfo rm ance an in p ro tec tion re se rvo ir fo rm a tion s. In 3 %po lyam ine UH IB seawa te r so lu tion and in 3% ben ton ite seawa te r m ud trea ted by 3 % UH IB , the p e rcen tage recove ry of an ou te rop sha le samp le afte r ro lling a t 100 wa s of 78 %. In troduc ing 2 % 4% UH IB in to a weak ly ge lled so lid free b iopo lym e r flu id of given compo sition ra ised the p e rcen tage recove ry of the ou te rop sha le from 60125 % to 89163 % 94175% , had no nega tive influence on its rheo logic and filtra te lo ss befo re and afte r ro lling a t 100. The behavio r of th is flu id trea ted by 3% UH IB changed ve ry sligh tly when upto 15 % swe llab le cu ttings of p a rtic le size 60 m e sh in troduced. Th is po lyam ine trea ted PRD d rill2in flu id kep t sa tisfac to ry rheo logic cha rac te ristic s and A P I filtra te lo ss afte r ro lling a t 60110.Keyword s: d rilling2in f lu id; seaw a ter d rilling f lu id; w eak ly gelledben ton itesolid 2f ree f lu id; polyam ine; inh ibitory behavior; resistance to Ca 2(上接第 20 页 。 con tinued from p. 20 )液与完井液 , 2007 , 24 ( 4 ) : 40 242.姚晓 ,樊松林 ,吴叶成 ,等. 油井水泥纤维增韧材料的研究与应 用 J . 西安石油大学学报 (自然科学版 ) , 2005 , 20 ( 2 ) : 39 242.修留永 ,贾平军 ,高学生 ,等. LXC2005 井胶质复合堵漏材料水 泥浆堵漏技术 J . 石油钻采工艺 , 2004 , 26 ( 5 ) : 32 234.参考文献 : 3 1 张峰 ,姚晓. 油井水泥增初剂 B F 的室内研究 J . 钻井液与完井液 , 2003 , 20 ( 1 ) : 8 210. 2 华苏东 ,姚晓. 复合纤维提高油井水泥石韧性的研究 J . 钻井 4 Toughen ed C em en t S lurry for Repa ir in g Ca s in g D am a ge in O il W e lls ofthe Th ird C han gq in g Produc t ion Fa c toryWAN G Zh i2Long1 , LUO Yue1 , ZHAN G Yu2 , LON G Yong2Fu2 , YAO X iao3( 1. College of Chem ica l and Environm en t Eng ineering, Yanzte U n iversity, J ingzhou, H ubei 434023, P R of Ch ina; 2. The 3 rd production Factory, ChangqingO ilf ield B ranch C om pany, PetroC h ina, Y inchuan, N ingx ia 750001, P R of Ch ina; 3. College of M a teria ls S cience and Eng ineering, N an jing Industria lU n iversity, N an jing, J iangsu 210009, P R of Ch ina )A b stra c t: Fo r rep a iring dam aged cem en t shea th and ca sing, two toughen ing compo sition s w ith fib rou s and p a rticu la ted m a te ria ls a sm a in ingred ien ts, no ta ted a s CSDL 21 and CSDL 22 , we re sc reened and the ir fo rm u la s we re p re sen ted. The se compo sition s we re m ixed w ith o ilwe ll cem en t of grade G and CSDL 21 and CSDL 22 toughened cem en t slu rrie s we re p rep a red a t wa te r2cem en t ra tio = 0144. The se twocem en t slu rrie s had an in itia l se tting tim e of 11