乾井筒固井水泥漿的製作方法

2023-10-18 03:33:24

專利名稱：乾井筒固井水泥漿的製作方法
技術領域：
本發明涉及氣體鑽井完井エ藝技術領域，特別是ー種乾井筒固井水泥漿。
背景技術：
在空氣鑽井轉換為泥漿固井中，常常因井壁不穩定出現垮塌、漏失，井壁易形成巨厚虛泥餅導致下套管困難，且需要較長時間轉換泥漿和準備井眼，同時大尺寸套管常規固井本身就存在頂替效率較差的情況，這些因素導致固井準備時間長且固井質量較差，一定程度降低了空氣鑽井的效益。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺點，提供一種解決常規固井技術瓶頸難題和提高固井質量，縮短鑽井周期，降低鑽井成本，減少環境汙染，進ー步加快勘探速度的乾井筒固井水泥漿。本發明的目的通過以下技術方案來實現乾井筒固井水泥漿，它包含以下組分，且各組分的重量比為G 級水泥 100，降失水劑1.4，防竄劑2. 8，抗鹽緩凝劑I. 0，消泡劑O. 2，纖維O. 2。所述降失水劑為AMPS聚合物、酮醛縮合類和PVA體系中的任意ー種或多種；所述防竄劑為纖維粉和氧化矽，且纖維粉和氧化矽的重量比為I : 3 5;所述抗鹽緩凝劑為AMPS聚合物；所述消泡劑為聚醚類。所述的防竄劑為纖維粉和氧化矽研磨成的粉末。所述的纖維長度為3 7mm。本發明具有以下優點本發明具有強防脫水性能、造壁性能、強封堵能力和良好的流動性能，且對密度、溫度的變化不敏感；本發明不僅避免了氣液置換複雜情況的發生，而且保證了套管的安全下入、施工作業安全和固井質量，為欠平衡鑽完井積累了豐富的經驗和技術儲備，井能很好地促進川渝地區欠平衡技術和空氣鑽井的發展，其間接經濟效益不可估量。本發明是氣體鑽井技術的補充、延伸，它對於解決常規固井技術瓶頸難題和提高固井質量，縮短鑽井周期，降低鑽井成本，減少環境汙染，進ー步加快勘探速度和推動技術進歩，具有十分重要的現實意義和良好的社會效益及技術經濟效益。下面結合現場實例進ー步說明本發明的效果I.乾井筒固井難點分析乾井筒固井必須具備的主要條件有①在空氣鑽井井眼中實施；②所鑽遇地層無油氣水顯示；③井眼基本穩定，無大量掉塊、垮塌現象。在具備上述條件的情況下，乾井筒固井主要須解決如下複雜情況(I)巖石吸水膨脹引起井壁水化失穩由於氣體鑽井時井內流體柱壓カ極低，井眼周圍地層巖石應カ得到充分釋放，カロ之鑽頭的震蕩，在井壁橫向形成更多的應カ釋放縫或加劇了井壁周圍微裂縫的發育，即形成更多的應カ釋放縫，使得地層 的連通性更好、滲透性得到了保持或増加。同吋，氣體鑽井時無外來流體浸入，井壁周圍地層的破碎程度加劇，加之地層乾燥，沒有井壁濾餅，無水化現象產生，在水泥漿出套管上返初期，水泥漿中的自由水迅速大量地進入地層，若地層中含的吸水性強的泥頁巖礦物，它們會迅速吸水膨脹水化而引起井壁失穩。因此，氣體鑽井後下套管固井，極易引起井壁失穩和井漏複雜。(2)形成厚水泥濾餅堵塞環空通道在空氣介質下下套管固井時，水泥漿出套管上返初期，由於水泥漿中的自由水迅速大量地進入地層，在滲透性極好的井壁上形成厚水泥濾餅使環空過流面積減小，循環阻力和壓カ激動增大,產生堵塞或高泵壓複雜。(3)形成「砂堵」憋泵氣體鑽井時，所鑽開的地層沒有液柱壓カ的支撐和平衡地應力，井壁更容易發生應カ失穩，有的井在空氣鑽井時井徑擴大率較大，形成「葫蘆狀」井眼，水泥漿進入裸眼段後，在破碎帶、裂隙發育的地層，滲入的自由水洗滌了破碎物接觸面之間的粘結，減小了摩擦阻力，破碎物易滑入井眼內，加上水泥漿強的攜砂能力，易造成井壁坍塌、「砂堵」憋泵等事故。(4)井漏在氣體鑽井時，由於流體柱壓カ低，在鑽井過程中不會表現出井漏問題，注水泥漿過程中，井下壓カ持續增加，引發低壓漏失層發生井漏。水泥漿中的自由水通過地層孔隙、裂縫或微裂縫大量而迅速地進入地層，加速地層誘導裂縫的形成，進ー步擴張地層裂縫導致井漏。(5)套管下不到位空氣介質下下套管若遇阻，其處理手段受限，只能上下活動或適當撥轉管柱，無法採取開泵方式衝開砂橋或沉砂。(6)水泥漿漿體的穩定性和水化性能氣體條件下乾燥井壁的潤溼性需求，水泥漿中自由水的大量滲透會影響水泥漿的穩定性和水化性能，從而影響固井膠結質量。井壁地層的孔隙、裂隙是水泥漿失水的通道條件，它的大小和密集情況是由地層巖土性質客觀決定的。除了較大的裂隙和空隙外，一般地層的孔隙、裂隙較小，只允許自由水通過，而粘土顆粒周圍的吸附水隨著粘土顆粒及其他固相附著在井壁上構成泥皮，不再滲入地層。(7) 「U」型管效應大尺寸套管在氣體條件下固井，其施工作業量較大，施工時間較長，固井注水泥過程中由於管內為水泥漿，管外為空氣，這種密度差使得管內外壓差進一步加大，就會出現所謂的「U」型管效應，即當管內液柱壓カ大於環空壓カ時，返出排量將大於井口注入排量，井在管內井口處出現真空段。之後，若環空液柱壓カ逐漸大於管內壓カ，則真空段逐漸減小直至完全消失，此時返出排量又等於注入排量。這種客觀存在的「U」型管效應可能給固井施エ帶來一系列危害。若環空返速過大，所増加的環空摩阻壓降有可能使套管下部附近的薄弱地層發生破裂，影響井壁穩定性，巖屑掉塊可能發生環空堵塞。2.幹法固井エ藝與技術措施2. I確保空氣介質條件下固井套管安全下入充分有效地做好井眼準備工作，是確保套管成功下至設計井深的關鍵。通井的主要目的是擴劃井壁、破除臺肩、消除井壁阻點。通井鑽具結構應充分考慮所鑽井井眼軌跡和入井管柱的特殊性，通過計算下部鑽柱和入井無接箍套管的剛性，對比分析其尺寸、剛性和長度因素，綜合考慮該井與其它井的井眼準備情況，設計通井鑽具結構進行通井作業。對全井複雜井段、重點井段充分做好井眼準備工作，對起下鑽過程中的摩阻大小應分井段記錄好相關數據，所有通井作業都必須注意摩阻變化，嚴格區分和掌握摩阻與遇阻噸位，不能猛提猛放，嚴防阻卡，確保通井安全；毎次通井在重點及複雜井段若不能順利通過，則進行劃眼並反覆多次上下提放鑽柱，以修整井壁、破除臺肩、消除井壁阻點，最終實現井眼光滑、通 暢、無沉砂、無阻卡等的目的。對出入井的所有通井工具應丈量和記錄好其尺寸。最後一次通井到底後，充分循環將井底巖屑和沉砂徹底攜帯乾淨。2. 2井眼淨化由於氣體本身沒有懸浮能力且攜帶能力差，因此通井過程中應加強井筒內的砂屑清掃和對大的井壁掉塊進行碎化後清除，可採取短起下鑽方式探砂面和反覆吹掃井筒，以確保下套管前井眼得到充分的清潔淨化。空氣介質條件下不替泥漿固井最關鍵的問題就是確保氣體流動速率足以滿足清潔井眼的需要，如果通井時和注水泥施工前井底鑽屑顆粒不能從井眼帯走，就會危及施工安全。井眼浄化程度對注水泥施工的順利進行有著非常重要的作用。2. 3固井エ藝的選擇由於該井較深，使用插入固井可能引起密封頭密封不嚴，即使插入頭成功插入密封，注水泥之前需先往套管與鑽杆之間的環空灌入適量鑽井液，在注水泥過程中還需同時往套管與鑽杆之間的環空灌入鑽井液，施工較複雜，並且施工結束後還會増大回壓凡爾的反作用力和底部套管所受的外擠力。採用常規單級單膠塞固井，設計管串結構為浮鞋+套管2根+浮箍+套管2根+浮箍+阻流環+套管至井ロ。2. 4漿柱結構設計幹法固井在注水泥施工過程中，注入漿體結構並不適宜採用前置液，其主要原因是注替過程大多處於非連續相造成的。由於重力和壓差的存在，若施工前期注入藥水或鑽井液，隨後注入的水泥漿將與之發生嚴重的竄混，從而嚴重影響水泥漿性能並大大降低水泥漿的膠結強度。一般採用稀水泥漿作領漿(其密度低於尾漿O. lg/cm3，用量佔環空100-300m高度為宜)先行，以潤溼乾燥井筒和填充巖石天然孔縫，以利於尾漿保持良好的流動性能。2. 5固井水泥漿設計乾井筒固井水泥漿性能要求( I)水泥漿必須具有強防脫水性能因氣體鑽井後的井壁物性特點短期內無法阻止水泥漿及濾液的浸入，而地層又是強親水性的，勢必造成乾燥井壁短時間的大量吸水，這樣引起水泥漿脫水形成巨厚濾餅堵塞通道或提前凝固。因此要科學選取水泥漿體系防止出現大量脫水。( 2)水泥漿具有造壁性能與水泥漿接觸地層始終會吸水發生垮塌，因此，在正壓差較小的情況下，為有效地保護井壁穩定，水泥漿必須在井壁表面快速形成緻密濾餅，儘可能降低濾失量和減小水泥漿的侵入深度。水泥漿必須能夠在井壁周圍瞬間形成屏蔽帶，在井壁形成薄而密韌的濾餅達到封堵不同微裂縫並穩定井壁的目的。(3)水泥眾必須具有強封堵能力要減少水泥漿的漏失量，必須儘快在井壁周圍形成屏蔽帶，這就要求水泥漿中必須含有一定數量的固相細顆粒，以一定的粒子級配，能在井壁形成薄而密韌的濾餅達到封 堵不同微裂縫的目的。因此，在該井水泥漿中加入一定量的纖維，不僅可以減少濾液進入地層儘量少，還有利於井壁穩定。(4)水泥漿必須具有良好的流動性能水泥漿流動性能良好可保證脫去部分水後仍具有流動性。空氣固井水泥漿到井底後前期以自重推動，流量小。水泥漿要在靜止微動下易被推動。(5)水泥漿必須具有對密度、溫度的變化不敏感性水泥漿脫水後密度増加，空氣鑽井後井下溫度變化與常規固井不同，現無法確定，因此水泥漿必須對溫度、密度變化不敏感。(6)建立新的水泥漿性能評價方法幹法固井井下條件變化與常規固井不同，因此必須根據井下條件變化建立新的評價方法，確保水泥漿性能滿足幹法固井需求。水泥漿的濾失實驗一般採用6. 9MPa的壓差，而空氣介質下的固井實際情況往往並非如此，即使在同一 ロ井中，壓カ隨深度及頂替速率變化而變化，而且不同地層，壓カ也不同，因此壓カ差更是變化不定。水泥漿的性能要求如表I所示。表I水泥漿性能要求
密度 「流動度 「API失水"[ 自由水]' Il化時間丨抗壓強度 (g/cm3) (cm)(ml)(%)(min)(MPa/24hr)
_1.88__>22__<100__14 _對乾井筒固井水泥漿性能特殊評價方法見表2。表2水泥漿性能特殊評價方法]項目]B白勺
水泥漿稠化實驗放到已預熱到指定溫度後再開
mmmm, —±Μ_ τ』 力—井下加艦禮防止_熱衝擊1エ預計壓カ與時間進行，所述指定溫度為弁底靜止的危險。
溫度，溫度範圍為40-60で。
2水泥漿進行0.05-0.10 g/cmJ的高點試驗。__防止脫水提前凝固。
3流動度大於22cm，養護後切カ小於10,不沉降。__
_J__進行10度以上的高溫點試驗。__
5 ]進行砂床(Icm厚)失水試驗,壓力儘量達到12MPa^ 察濾餅厚度，防止形成厚泥餅。
2. 6固井工具附件要求空氣介質下不替泥漿固井套管內外壓差比泥漿條件下固井壓差要大得多，因此它對固井工具(尤其是浮箍)性能要求比泥漿條件下要求更高、更為嚴格。採用常規單膠塞固井工具注水泥吋，隔離水泥漿和泥漿，防止水泥漿中滲入泥漿影響固井質量。另外，由於套管內為氣體，在注水泥漿結束後，底部套管所受的擠壓カ大，必須效核套管和工具附件的抗擠安全係數，並根據安全係數調整漿柱結構或注漿エ藝。使用帶止退裝置和盤根密封的碰壓塞和碰壓座，防止因為水泥漿少返造成替空。現場應用實例I、元陸5井基本情況元陸5井地層為大段的泥巖地層及與砂巖交互層段，粘土礦物含量較高；該類泥巖具有強的水敏性，屬易水化膨脹型泥頁巖。原乾燥的泥巖遇水之後會發生大量吸水及水化膨脹，嚴重増加地層孔隙壓カ和降低巖石強度，從而導致井壁失穩、縮徑、剝落、坍塌，在泥巖與砂巖的交界面垮塌更加嚴重。因此，氣體鑽井後不替泥漿直接下套管固井容易導致井壁失穩。由於元壩區塊上沙溪廟組部分井含有小水層或氣層，且底部存在區域垮塌層。2、本發明固井水泥漿性能
水泥試驗數據Γ^Ι水泥試驗數據
試驗溫度(°C)65失水量(ml/30min)46
試驗壓力(MPa)35初始稠度(BC)U
水泥漿密度(g/cm3)Γ85稠化時間(min)266
水灰比0.44初凝時間(min)302'
流動度(cm)22終凝時間(min)410
自由水含量(％)O24小時強(MPa)17.2'稠化曲線如圖I所示。
3、固井質量本井電測聲幅值均在10%以內，固井質量優質。4、單井成本對比分析空氣鑽井後採用常規固井方式進行固井，鑽井周期相對幹法固井至少增加10天時間，計100萬左右；替換泥漿時產生的泥漿費用，估算比幹法固井増加300方左右，計15萬左右；替換泥漿後井下容易出現井漏、井塌等其他複雜情況，進ー步增加了鑽井成本；需要多返水泥漿以達到良好封固，所產生的水泥漿費用和多返出水泥漿的排汙費用，計15萬左右(環境汙染無法得出準確費用)；固井質量和環空水泥環的連續封隔無法保證，影響油氣井壽命。若採用幹法固井，相對於常規固井在所用水泥漿方面増加了 30萬左右，但能確保固井質量，達到真正意義上的全井封固，延長油氣井壽命，且對環境保護非常有利，其單井次所節約的費用至少在100萬以上。


圖I為本發明的稠化曲線圖
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進ー步的描述實施例I :該實施例為本發明的最佳實施例。乾井筒固井水泥漿，它包含以下組分，且各組分的重量比為G 級水泥 100，降失水劑 1.4，防竄劑2. 8，抗鹽緩凝劑1.0，消泡劑0.2，纖維O. 2 ;所述降失水劑為AMPS聚合物、酮醛縮合類和PVA體系中的任意ー種或多種；所述防竄劑為纖維粉和氧化矽，且纖維粉和氧化矽的重量比為I : 3;所述抗鹽緩凝劑為AMPS聚合物；所述消泡劑為聚醚類。所述的防竄劑為纖維粉和氧化矽研磨成的粉末。所述的纖維長度為5mm。實施例2 乾井筒固井水泥漿，它包含以下組分，且各組分的重量比為G 級水泥100，降失水劑 1，防竄劑2，抗鹽緩凝劑1.5，消泡劑O. 5，纖維O. 5 ；所述降失水劑為AMPS聚合物、酮醛縮合類和PVA體系中的任意ー種或多種；所述防竄劑為纖維粉和氧化矽，且纖維粉和氧化矽的重量比為I : 4 ;所述抗鹽緩凝劑為AMPS聚合物；所述消泡劑為聚醚類。所述的防竄劑為纖維粉和氧化矽研磨成的粉末。所述的纖維長度為3mm。實施例3 乾井筒固井水泥漿，它包含以下組分，且各組分的重量比為G 級水泥 100，降失水劑 2，防竄劑 3，抗鹽緩凝劑0.5，消泡劑O. 1，纖維O. I ；所述降失水劑為AMPS聚合物、酮醛縮合類和PVA體系中的任意ー種或多種；所述防竄劑為纖維粉和氧化矽，且纖維粉和氧化矽的重量比為I : 5;所述抗鹽緩凝劑為AMPS聚合物；所述消泡劑為聚醚類。所述的防竄劑為纖維粉和氧化矽研磨成的粉末。所述的纖維長度為7mm。權利要求
1.乾井筒固井水泥漿，其特徵在於它包含以下組分，且各組分的重量比為 G級水泥 100， 降失水劑 I 2， 防竄劑 2 3， 抗鹽緩凝劑O. 5 I. 5， 消泡劑 O. I O. 5， 纖維O. I O. 5。
2.根據權利要求I所述的乾井筒固井水泥漿，其特徵在於所述的降失水劑為AMPS聚合物、酮醛縮合類和PVA體系中的任意ー種或多種。
3.根據權利要求I所述的乾井筒固井水泥漿，其特徵在於所述的防竄劑為纖維粉和氧化矽,且纖維粉和氧化矽的重量比為1:3 5。
4.根據權利要求I所述的乾井筒固井水泥漿，其特徵在於所述的抗鹽緩凝劑為AMPS聚合物。
5.根據權利要求I所述的乾井筒固井水泥漿，其特徵在於所述的消泡劑為聚醚類。
6.根據權利要求I或3所述的乾井筒固井水泥漿，其特徵在於所述的防竄劑為纖維粉和氧化矽研磨成的粉末。
7.根據權利要求I所述的乾井筒固井水泥漿，其特徵在於所述的纖維長度為3 7mm
全文摘要
本發明公開了乾井筒固井水泥漿，它包含以下組分，且各組分的重量比為G級水泥100，降失水劑1～2，防竄劑2～3，抗鹽緩凝劑0.5～1.5，消泡劑0.1～0.5，纖維0.1～0.5；降失水劑為AMPS聚合物、酮醛縮合類和PVA體系中的任意一種或多種，防竄劑為纖維粉和氧化矽，抗鹽緩凝劑為AMPS聚合物，消泡劑為聚醚類。本發明的有益效果是具有強防脫水性能、造壁性能、強封堵能力和良好的流動性能，且對密度、溫度的變化不敏感；不僅避免了氣液置換複雜情況的發生，而且保證了套管的安全下入、施工作業安全和固井質量，具有十分重要的現實意義和良好的社會效益及技術經濟效益。
文檔編號C09K8/467GK102732237SQ20121016317
公開日2012年10月17日 申請日期2012年5月23日 優先權日2012年5月23日
發明者盧德安, 孫庚 , 曹智 申請人:成都歐美科石油科技股份有限公司