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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:2019-09-27

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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…… 职称论文发表网http://www.issncn.com 职称论文发表网http://www.issncn.com

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