王錦昌　白 楊　陶 鵬　朱豫川

(1. 中石化華北分公司工程技術(shù)研究院， 鄭州 450006；

2. 西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室， 成都 610500；

3. 西南油氣田分公司蜀南氣礦， 四川 瀘州 646000)

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鄂南地區(qū)新型固井水泥漿性能評價

王錦昌1白 楊2陶 鵬2朱豫川3

(1. 中石化華北分公司工程技術(shù)研究院， 鄭州 450006；

2. 西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室， 成都 610500；

3. 西南油氣田分公司蜀南氣礦， 四川 瀘州 646000)

摘要：針對鄂南地區(qū)固井質(zhì)量差的問題，研發(fā)了一套新型固井泥漿體系，并對該體系性能進(jìn)行了評價。研究發(fā)現(xiàn)該水泥漿體系的流變性、沉降穩(wěn)定性良好，游離水少；水泥漿稠化線性正常，防氣竄效果好；水泥石的早期強度發(fā)展較好，后期強度較穩(wěn)定；水泥石收縮率低，孔隙率低，有利于增強后期強度。

關(guān)鍵詞：固井； 水泥漿； 防氣竄； 環(huán)空失重

鄂南致密油藏屬于低滲透儲層，容易受到水泥漿失水的污染。水平井固井期間，水泥漿通過水平段時穩(wěn)定性易受破壞。水泥顆粒在重力作用下容易在套管下側(cè)聚結(jié)沉淀，析出自由液，在靠近上井壁處形成自由液通道，導(dǎo)致凝固后的水泥石整體膠結(jié)質(zhì)量差、滲透率高、強度低，形成油氣水竄流通道，導(dǎo)致層間封隔失敗，影響固井質(zhì)量。因此全面提高水泥漿性能，特別是提高水泥漿穩(wěn)定性，嚴(yán)格控制水泥漿失水是提高鄂南水平井固井質(zhì)量的關(guān)鍵[1-9]。

1實驗部分

1.1體系配方

固井水泥漿配方為：G級水泥+6%微硅+2.5%～3.0%降失水劑+4%～6%鎖水劑+0.2%～1.0%分散劑+0.05%～0.25%緩凝劑(ρ=1.88 gcm3)，配漿用水為現(xiàn)場用水。

1.2實驗儀器

沈陽航空工業(yè)學(xué)院應(yīng)用技術(shù)研究所，OWC-93808型增壓稠化儀；無錫市錫東建材設(shè)備廠，JES-300型抗折抗壓試驗機；HKGP-3型致密巖心氣體滲透率孔隙度測定儀；青島同春石油儀器有限公司，ZNN-D6B型電動六速黏度計；沈陽航空工業(yè)學(xué)院應(yīng)用技術(shù)研究技術(shù)研究所，OWC-9510型高溫高壓失水儀；西南石油大學(xué)與沈陽航空航天大學(xué)應(yīng)用技術(shù)研究所聯(lián)合制造，OWC-1305型常溫常壓環(huán)空水泥失重模擬實驗裝置；Chandle公司，5265型靜膠凝強度測試儀；沈陽航空工業(yè)學(xué)院應(yīng)用技術(shù)研究技術(shù)研究所，OWC-9390Y型增壓養(yǎng)護(hù)釜，水泥漿體積收縮測試儀。

2實驗結(jié)果與分析

2.1水泥漿基本性能測試

首先對水泥漿常規(guī)性能進(jìn)行測量，測量結(jié)果見表1，該水泥漿體系的流變性能較好，API失水較小，能夠減少對儲層的傷害，體系穩(wěn)定性能較好，析水率為0。

表1　水泥漿的基本性能

在壓力50 MPa，溫度105 ℃下測試該體系的稠化時間，結(jié)果如圖1所示。該水泥漿體系稠化時間為80 min，稠度從40 Bc升到80 Bc所需時間較短，接近直角稠化曲線，表明該體系到達(dá)井底指定位置后強度迅速升高，有利于提高固井質(zhì)量。

圖1　水泥漿稠化曲線

利用OWC-1305型常溫常壓環(huán)空水泥失重模擬實驗裝置測試水泥漿在環(huán)空的失重時間，如圖2所示，該體系失重時間為8.2 h。

圖2　水泥漿環(huán)空失重曲線

評價水泥漿防氣竄性能的參數(shù)是SPN，該參數(shù)基于水化動力學(xué)和失水給出了不同水泥漿的對比性能參數(shù)，提供了一個邏輯分級體系，以表示水泥漿抵抗地層流體侵入的能力，反映了水泥漿失水量及水泥漿凝固過程阻力變化系數(shù)對防氣竄的影響。SPN越小，水泥漿防氣竄能力越強。稠化過渡時間與水泥石靜止?fàn)顟B(tài)下結(jié)構(gòu)形成快慢沒有直接關(guān)系，常用的水泥漿性能系數(shù)法用動態(tài)工程性能評價靜態(tài)氣竄，評價方法不科學(xué)。SPN表達(dá)式如下：

式中：t100Bc—— 水泥漿稠度達(dá)到 100 Bc 所需時間，min；

t30Bc—— 水泥漿稠度達(dá)到 30 Bc 所需時間，min；

FLAPI—— 水泥漿API失水，mL30min。

經(jīng)過計算，尾漿的SPN接近3，證明該水泥漿體系的防氣竄能力較強，計算結(jié)果見表2。

表2　水泥漿防氣竄性能

2.5水泥石抗壓強度測試

在105 ℃下分別養(yǎng)護(hù)該水泥漿體系1，3，7 d后，測水泥石抗壓強度，結(jié)果見表3。養(yǎng)護(hù)1 d的抗壓強度達(dá)到18 MPa，3~7 d的抗壓強度變化不大，介于26~27 MPa。

表3　常壓養(yǎng)護(hù)下水泥石的抗壓強度

2.6水泥石靜膠凝強度測試

采用5265型靜膠凝強度測試儀，在105 ℃下測水泥石靜膠凝強度，結(jié)果如圖3所示：水泥石靜膠凝強度從48 Pa到240 Pa的過渡時間為61 min(25~86 min)。

2.7水泥石高溫下強度衰退測試

采用OWC-9390Y型增壓養(yǎng)護(hù)釜在壓力50 MPa，溫度105 ℃下養(yǎng)護(hù)水泥石2 d，測其抗壓強度。共測試6組，其抗壓強度平均為17.02 MPa。

2.8水泥石滲透率、孔隙度測試

采用OWC-9390Y型增壓養(yǎng)護(hù)釜在壓力50 MPa，溫度105 ℃下養(yǎng)護(hù)水泥石2 d，測其滲透率為0.079 69×10-3μm2，孔隙度為21.19%。水泥石孔隙率較低，有利于后期強度發(fā)展。

2.9水泥石體積收縮測試

采用水泥漿體積收縮測試儀在105 ℃下測試水泥漿收縮率，結(jié)果見表4、圖4。水泥石的體積收縮率只有0.11%，有利于后期強度發(fā)展。

表4　水泥漿體積收縮測定結(jié)果

圖3　水泥石靜膠凝強度曲線

圖4　水泥漿體收縮數(shù)據(jù)圖

3結(jié)語

(1)對水泥漿體系及水泥石進(jìn)行各項性能測試，表明水泥漿密度能達(dá)到設(shè)計要求，并且可以調(diào)節(jié)，性能良好。

(2)水泥漿體系稠化曲線形狀接近直角，體系強度能在到達(dá)井底指定位置后快速提高，有利于提高固井質(zhì)量。

(3)體系防氣竄性能性能較好；水泥石的早期強度發(fā)展較好，后期強度較穩(wěn)定，收縮率較低，孔隙率較低，有利于后期強度發(fā)展。

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The Performance Evaluation of the New Type Cement Slurry in E′nan Area

WANGJinchang1BAIYang2TAOPeng2ZHUYuchuan3

(1. Research Institute of Engineerning Technology, Huabei Branch of Sinopec, Zhengzhou 450006, China;

2. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,

Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China; 3. Branch of Shunan Gas Field,

PetroChina Southwest Oil and Gas Field Company, Luzhou Sichuan 646000, China)

Abstract:This paper aims to solve the problem of poor cementing quality in E′nan area by developing a new type of cementing slurry system and evaluate the performance of the system. The study found that the slurry rheology system had less free water, good sedimentation stability, normal slurry thickening linear, and great effect of gas channeling prevention. The early strength is better and late strength is stable with low cement shrinkage and porosity.

Key words:cementing; slurry; gas channeling prevention; annulus weightlessness

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-1980(2016)01-0053-04

中圖分類號：TE256

作者簡介：王錦昌(1984 — )，男，工程師，研究方向為鉆完井工程。

基金項目：十二五國家科技重大專項“特殊結(jié)構(gòu)井鉆完井工藝技術(shù)”(2011ZX05045)；國家自然科學(xué)基金中石化聯(lián)合基金重點基金項目“頁巖氣低成本高效鉆完井技術(shù)基礎(chǔ)研究”(U1262209)

收稿日期：2015-11-27