触变性微膨胀水泥浆的研究与应用

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  摘 要:辽河油田稠油区块由于长期注汽,造成地层压力不均,套管损坏现象严重。作业过程中,常常出现泥浆漏失现象。通过触变性微膨胀水泥浆的研究,减少漏失量,提高施工效率,降低生产成本。
  关键词:修井作业;水泥浆;触变;膨胀;堵漏。
  辽河油田多为稠油、超稠油区块,受长期高强度注汽开采模式的影响,套管损坏严重,修井作业过程中漏失问题时有发生。使用常规堵漏材料和水泥浆进行堵漏,虽能解决部分漏失问题,但对大型漏失效果不明显。特别是油层段的漏失,有时单井堵漏需5次左右,堵漏时间3天以上,堵漏费用超过6万元,浪费成本,延误工期。
  一、漏失特点
  1、重要漏失层位明确。主要发生在油层800—1000米,即油层中部和下部。
  2、漏层裂缝发育情况明确。工程取芯呈碎块状,有垂直裂缝发育。
  3、漏失地层压力低。井筒内静液面较低,大型漏失井静液面一般距井口50-200米,漏失压力系数小于0.09。
  4、油层有丰富活跃的地层水。
  二、性能要求
  1、水泥浆要有强触变性,进入裂缝后迅速失去流动性,利于凝固,有效减少漏失量。
  2、水泥浆要有拒水性,不易被地层水稀释。
  3、要促使水泥浆凝固过程中体积膨胀,提高胶结质量,避免二次漏失。
  4、水泥浆凝固后要有一定的强度,能承受漏失压差和循环压力。
  三、技术原理
  水泥浆的触变性是指搅拌中水泥浆变稀,停止搅拌时静止后水泥浆变稠的特性。当触变性水泥浆凝结强度至80pa时,开始形成具有网架结构的固态凝胶。进入漏失层后,随着流动阻力增大,流速减慢,凝胶结构迅速形成,不易被地层水冲蚀,达到堵漏目的。
  通过对已有的水泥浆触变剂进行实验,模拟辽河油田地质状况,分析对比,最终确定GCB复合型水泥浆触变剂作为添加剂。其主要成份在水中先水化形成石膏,再生成钙铝矾晶体。钙铝矾为针状六方的单轴晶体,能促进水泥颗粒之间自然结合,加快网状或胶凝结构的形成。当浆体搅拌时网状结构很容易破裂,水泥浆又转变为流体状态。
  四、性能研究
  开展触变性水泥浆性能研究,确定不同温度、密度条件下组料的配比,才能配制合理的水泥浆体系,提升堵漏效果。
  1、GCB加量研究
  选取辽河油田现场通用G级油井水泥,添加GCB触变添加剂进行实验,结果见表1。
  实验结果表明: GCB加量达到6%时,水泥浆10min胶凝强度大于80Pa,具有较好的触变性。
  2、膨胀性研究
  水泥浆硬化后,体积收缩,不但影响水泥与地层的胶结状态,更会造成二次漏失。在水泥浆中加入膨胀材料,促使堵漏体系产生膨胀作用,弥补水泥浆凝结硬化时的体积收缩,减小新漏失点的生成几率,从而整体上提高堵漏效果。水泥浆密度为1.20 g/cm3时,约添加1.5%的膨胀材料。
  3、稳定性研究
  现场使用的水泥浆,由于材料成分密度不一,体系不稳定,浆体易发生分层,引起地层胶结不良。加入无机盐稳定剂后进行实验,实验体上下密度相差仅有0.02g/cm3,稳定性有效提高。同时,稳定剂有利于水泥浆体系触变性的发挥,1%的加量便能迅速提高浆体的触变性。
  4、强度研究
  为了提高水泥浆固结强度,加入活性矿物粉末增强剂,使其发生不同粒径活性颗粒的充填,同时与水泥中的碱性物质发生胶凝反应,提高水泥强度。50℃(24h)室内实验结果见下表。
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