高密度抗盐水泥浆体系ppt课件.ppt

高密度抗盐水泥浆体系 热烈祝贺全国固井技术研讨会胜利召开 一 前言二 含盐水泥浆三 高密度水泥浆四 高密度抗盐水泥浆设计和应用 汇报内容 在我国的西部油田 中原油田 南海油田的钻探过程中都不同程度的钻遇了高压盐水层 或者大段盐膏层和水敏性地层等复杂地层 在国内各石油公司向海外拓展的钻井业务中也碰到类似的固井问题 如哈萨克斯坦 乌兹别克斯坦 印度尼西亚等海外项目 有时在海上 滩海作业中还经常试图用海水直接配制水泥浆 由于海水中的盐会对水泥外加剂性能及水泥浆水化过程产生严重影响 往往难以如愿 因此如何解决高密度水泥浆的抗盐问题一直受到国内外固井界的重视 1 问题的提出 前言 体系不稳定 引起水泥和加重材料的沉降 稠度过高 流动性差 施工密度难以达到设计要求 降失水剂等外加剂失去作用 有时甚至出现闪凝现象 盐水水泥浆过渡缓凝 体系的防窜性能较差 强度发展缓慢 尤其是顶部 不能满足长封固段固井作业的求 顶替效率差 钻井液会对水泥浆性能产生不良影响 2 高密度盐水水泥浆遇到的问题 前言 3 高密度抗盐水泥浆的设计 在设计高密度抗盐水泥浆时应把握以下要点 水泥浆的失水控制和流动性的关系 稠化时间和强度发展之间的关系 水泥浆和泥浆 隔离液的相容性 它们的密度差 切力差等问题 水泥浆中的各类外掺料和水泥的颗粒分布 前言 被用作早强剂 平衡地层电解质 防止水敏性地层跨塌 防止水泥浆对地层的溶蚀 在淡水资源缺乏的地区直接使用海水 苦咸水制取水泥浆 1 盐在固井工程中的作用 按盐含量含盐水泥浆可大致分为 低含盐 欠饱和及饱和盐水水泥浆 含盐水泥浆体系 2 盐对水泥浆和水泥石性能的影响 1盐对稠化时间的影响 盐对水泥失水性能的影响 盐对水泥环胶结性能的影响 盐对水泥石强度的影响 随含盐量的增加 水泥浆的失水量也会增加 降失水剂可能失去作用 甚至会引起絮凝 使水泥浆失去流动性 掺量低于5 有明显的早强作用 掺量大于10 时其强度低于纯水泥的强度 含盐量较高的水泥浆强度发展要比原浆慢得多 有明显的膨胀作用 含盐水泥浆体系 盐对水泥浆稠化时间的影响 含盐水泥浆体系 会出现掺量小时稠化时间变短 掺量大时稠化时间变长的现象 但随着温度的提高影响有所减弱 而趋势是相同的 初始稠度变大 浆体泡沫增多 易产生闪凝 鼓包 曲线变差等现象 盐对水泥环胶结性能的影响 含盐水泥浆体系 随盐的浓度提高 可明显改善水泥环与盐岩的剪切胶结和水力性能 盐含量为12 5 BWOC 后可明显改善胶结性能 在井下含有浓度较低的盐水层且压力较低时 可以采用抗盐的淡水水泥浆固井 如果是水敏性的泥页岩 蒙脱石 伊利石 退化的绿泥石等黏土矿物 为了避免其膨胀 分散而造成井璧不稳定 通常使用低含盐的水泥浆 一般低于10 固井 如井下有高压盐水层 盐层 碱层 盐膏层等 为防止水泥浆对地层盐溶蚀 则必须使用欠饱和盐水水泥浆或者饱和盐水水泥浆 3 含盐水水泥浆应用 含盐水泥浆体系 BXF 200L抗盐降失水剂是一种多元共聚物 在分子结构中引入了屏蔽基团和强吸附基团 使它具有很好的水溶性 优异的降失水性能和抗高温能力 并同时在共聚物中引入分散性好的磺酸盐基团 显著提高了抗污染和抗盐能力 并使水泥浆具有良好的流变性能 在用矿化水 海水 欠饱和盐水 饱和盐水配制的含BXF 200L的水泥浆可控制API失水在50ml以下 4 BXF 200L抗盐降失水剂 含盐水泥浆体系 失水与实验温度的关系 含盐水泥浆体系 BXF 200L温度适用范围广 失水与BXF 200L加量的关系 含盐水泥浆体系 BXF 200L加量与失水有较好的线形关系 失水与盐含量的关系 含盐水泥浆体系 BXF 200L抗盐性能较好 1 高密度水泥浆实现方式 众所周知 高密度水泥浆一般用在高孔隙压力 井壁不稳定和塑性流动地层等固井作业中 高密度水泥浆的实现一般是通过 减少水灰比提高固体材料的堆积密度提高配浆水的密度外掺加重材料在水泥浆密度要求很高时 可能同时采用这四种方法或其中的几种 含盐水泥浆体系 2 减少水灰比 在水泥浆中 加入分散剂可以使胶凝材料团体解散 使水灰比减小 但这种改善是有限的 因为水泥中的拌合水同时起到以下作用 1 润湿水泥颗粒表面 形成水膜 2 充填水泥颗粒的间隙 充填水 3 参与化学反应 在水泥浆中加入分散剂后 表层水膜的厚度可以大大减薄 并使水泥颗粒之间产生斥力易于流动 但充填水的数量和参与反应的水不会发生变化 微观研究表明 加入分散剂形成的水泥石胶空比仍然很大 阻碍材料性能的进一步提高和发展 使用高性能的分散剂 水泥浆的极限密度为2 16g cm3 但水泥浆的失水必须控制得很低 否则水泥浆在地层的失水 极易破坏其流动性 产生桥堵和蹩泵 高密度水泥 3 提高水泥的堆积密度 紧密堆积理论以颗粒级配技术为依托 把不同级别大小的颗粒放在一起 实现良好的孔隙充填 并相应提高颗粒间的范德华力 可使材料的胶空比大幅度下降 从而提高了水泥石的综合性能 在配制高密度水泥浆时常采用较粗颗粒的水泥和石英砂 然后通过筛选加重材料的粒径分布 达到紧密堆积 最大程度地提高水泥浆的密度 斯伦贝谢公司的DensCRETE水泥 就是利用合理的水泥和通过外掺料颗粒级配 及超细球型的Micromax加重剂 配制高性能水泥浆 最高密度可达2 9g cm3 已在墨西哥 阿曼和我国的南海等油田使用 高密度水泥 4 提高配浆水的密度 有时在无干混条件的固井作业中经常采用通过提高配浆水的密度来达到配制高密度水泥浆的目的 如在配浆水中加入NaCl KCl等 但由于盐本身的密度 2 13 决定了它对提高水泥浆密度的作用比较有限 一般不宜超过2 1g cm3 而且盐还可能破坏水泥浆的其他性能 而将超细加重材料混入配浆水 并同时提高配浆水的粘度 保持良好的稳定性 是一种比较有效的办法 高密度水泥 5 掺加重剂 用加重剂提高水泥浆密度是最通用的办法 合格的加重剂必须满足以下条件 1 合理的颗粒粒度分布 粒度太大容易使水泥浆产生离析 粒度太小又容易增加水泥浆的稠度 2 需水量要少 需水量过大 会使加重剂加量增大 影响水泥浆的强度发展 同时还不利于密度的提高 3 不影响水泥水化进程 与其它添加剂有良好的相容性 同时对外加剂的吸附能力要弱 高密度水泥 加重剂 高密度水泥 Micromax加重剂 高密度水泥 Micromax是锰铁合金生产中的副产品 含氧化锰96 98 密度4 9g cm3 粒径分布0 1 10 m 大部分粒子的粒径集中在0 5 1 0 m范围 比表面为3 0m2 g左右 因此在水泥浆中悬浮性能好 浆体稳定 而且可以混配于水中而不沉降 它还有助于控制失水和强度的发展 并保持良好的流动性能 文献报道还可以提高水泥浆的防窜性能 BXW 1锰矿粉加重剂 锰矿材料由于密度高 需水少是一种理想的加重材料 经特殊的加工工艺和对颗粒表面进行处理后使它具有更进一步的优势 BXW 1加重剂为超细加重物质 具有较高的实体密度 呈褐红色 且呈球体状 比表面积 3 5m2 g 密度 4 6 4 8m3 g 特点是可以分散在水中而不沉降 可以液混在配浆水中 而且与其它加重材料的紧密堆积 可以有效提高水泥浆的密度和强度 由于它为球型惰性材料 在水泥浆中还起到了润滑作用和一定的降失水剂作用 是新一代的加重材料 高密度水泥 加重剂的紧密堆积 图8 9 10显示了G级油井水泥 赤铁矿粉和BXW 1的粒径分布 表明它们具有良好的粒径分布 可获得材料紧密堆积 用该三种材料配出的2 4g cm3的水泥浆24小时抗压强度高达25MPa 比单独采用赤铁矿粉提高了76 而且显著提高了水泥浆的流动性和失水性能 高密度水泥 1 肯基亚克盐下油田基本情况 哈萨克斯坦肯基亚克盐下油田是中石油在海外较大的合作区块 区域构造属乌拉尔 恩巴盐丘构造带 含石碳系和下二叠统两套油藏 完井井深在4500 4800m 但其上部孔谷阶有3000m厚的盐膏层 不少盐岩透镜体中伴生有天然气 有些井还会有高压水层 但井身结构又非常简单 一般下三层套管 表层和技术套管为 660 4mm 508 4mm 650m650m 950m 311 2mm 215mm 3750m 油层用215mm钻头钻至完钻井深 下 168 3mm 139 7mm组合套管 现场应用 2 油层段固井难点 裸眼段长 800m 封固段长 1900m 盐层的溶蚀及饱和盐水钻井液对水泥浆性能的严重影响 钻井液密度高 完井液密度一般达到2 0g cm3以上 无干混条件 目前只用饱和盐水水泥浆固井 最高密度也只能达到2 14g cm3 不能满足顶替的要求 有些井油层与水层之间的隔层薄 小于5m 对封固质量提出了较高的要求 含高压层 对水泥浆防窜性能要求高 现场应用 3 高密度水泥浆的配方和性能 80 现场应用 现场应用 配方2水泥浆的典型稠化曲线图 80 45MPa 3 高密度水泥浆的配方和性能 120 现场应用 现场应用 配方3水泥浆的典型稠化曲线图 120 45MPa 4 沉降稳定性 在高密度水泥浆体系中 由于各材料之间密度差别较大 容易产生轻质材料上浮 重材料下沉现象 从而导致水泥浆不稳定 体系不均匀 易堵塞环空通道 导致固井事故或影响固井质量 BP实验结果表明该高密度水泥浆体系具有较好的体系稳定性 上下密度差小于0 05g cm3 现场应用 5 现场应用结果 由于现场没有相应的加重材料 目前虽然只中试了含盐30 的饱和盐水水水泥浆 其封固段的优质率已从原有的7 31 提高到9 4 合格率从22 51 提高到95 结果表明含BXF 200L的饱和盐水水泥浆能适合肯基亚克盐下油田的油层套管固井 预计通过使用加重材料和紧密堆积技术将水泥浆密度提高到2 4g cm3 并使用高密度的隔离液后其固井质量将会进一步的得到改善 现场应用 本文只简单阐述了盐对水泥浆的性能 水泥添加剂的