高溫井固井過程中緩凝劑研究與應用

1、    高溫井固井過程中緩凝劑研究與應用    汪洋摘 要：在深井長封固段固井過程中，為保障固井施工安全，需向水泥漿中加入大量緩凝劑，而含聚合物類緩凝劑的水泥漿在大溫差條件下，易出現(xiàn)水泥漿柱頂部水泥石強度發(fā)展緩慢或超緩凝等問題，不但影響固井質量和延長鉆井周期，而且給后期鉆完井等作業(yè)帶來風險。因此開發(fā)新型聚合物類高溫緩凝劑具有耐高溫、抗鹽能力強、耐高溫、適用溫度范圍廣等優(yōu)點，且大溫差條件下水泥漿柱頂部水泥石強度發(fā)展快，適用溫差范圍為 50120 ，對深井、超深井長封固段固井的發(fā)展具有重要的意義。關鍵詞：深井長封固段固井；緩凝劑；水泥漿；適用范圍1 實驗部分

2、針對深井、超深井長封固段大溫差水泥漿柱頂部強度發(fā)展緩慢的問題，通過自由基水溶液聚合方法，研制了新型聚合物類高溫緩凝劑 gwh-1，并對其性能進行了評價。結果表明：gwh-1 耐溫可達 200 ，抗鹽可達飽和；通過調整 gwh-1 加量，能調節(jié)水泥漿的稠化時間；經 130 養(yǎng)護后低密度水泥漿（1.30 g/cm 3）的稠化時間為 386min，在 30下養(yǎng)護 72 h 后的抗壓強度大于 3.5 mpa ；高溫水泥漿無游離液且水泥石上下密度差小于 0.02 g/cm 3 ；水泥漿綜合性能良好，解決了長封固段大溫差固井水泥漿頂部超緩凝難題。gwh-1在油田a井等進行了應用，封固段固井質量優(yōu)良。對深井

3、長封固段提高固井質量、簡化井身結構及節(jié)約鉆井成本等具有重要意義。2 結果與討論2.1 gwh-1的耐溫性能。對 gwh-1 進行了 200 熱處理，考察其不同加量下水泥漿在不同溫度下的稠化性能。經熱處理后的 gwh-1 在 70200 范圍內可調節(jié)水泥漿的稠化時間 ；在 130200 范圍內，緩凝劑加量并未因溫度升高而大幅度增大，且低溫下水泥漿稠化時間對 gwh-1 加量不敏感。其配方為 ：勝濰 g 級水泥 +30% 硅粉 +3%drf-120l+5%微硅 +gwh-1+0.5%drs-1s+drk-3s+52%水2.2 gwh-1的抗鹽性能在 130 下考察不同加量的 gwh-1 在不同鹽含

4、量下，對水泥漿稠化性能的影響，結果見表 2。相同鹽含量下，鹽水水泥漿稠化時間隨gwh-1 加量的增加而延長 ；鹽含量對 gwh-1 水泥漿的稠化性能影響較小 ；含鹽量為 8% 時水泥漿稠化時間和淡水水泥漿基本一致 ；隨著鹽含量增加，水泥漿稠化時間將不同程度地延長，但無明顯縮短或超緩凝現(xiàn)象。這可能是鹽溶液是一種強電質，其氯離子包覆在水泥顆粒表面，部分屏蔽水和水泥顆粒的接觸，從而使水泥漿稠化時間變長。2.3 gwh-1的調凝性能在 120 下不同密度水泥漿稠化時間與 gwh-1加量的關系見圖 2。在 gwh-1 加量為 2%時，不同密度水泥漿的稠化時間與實驗溫度關系見圖 3。從圖 2 可知，同一溫

5、度下，不同密度的水泥漿稠化時間隨 gwh-1 加量的增加而延長，呈良好的線性關系。從圖 3 可知，在緩凝劑加量相同條件下，水泥漿的稠化時間隨溫度升高而縮短，與溫度呈良好線性關系，說明了 gwh-1 具有良好的高溫調凝性。2.4 gwh-1水泥漿的高溫穩(wěn)定性能通過優(yōu)化聚合物分子結構，gwh-1 對水泥漿高溫穩(wěn)定性影響較小。含 gwh-1 緩凝劑和緩凝劑r（一種聚合物類緩凝劑）的水泥漿，在 150 下養(yǎng)護，bp 沉降穩(wěn)定性對比結果見表 3。由表 3 可知，含 gwh-1 的水泥石上下密度差為 0.014 5 g/cm 3 ，而含緩凝劑 r 的水泥石上下密度差為 0.068 2 g/cm 3 。說明

6、 gwh-1 的高溫分散性弱，對水泥漿高溫穩(wěn)定性影響較小，滿足高溫固井對水泥漿穩(wěn)定性的要求。2.5 大溫差下gwh-1水泥石強度的發(fā)展情況水泥漿一次上返至預定位置后， gwh-1 可適用于不同密度的水泥漿體系，且在相應井底靜止溫度下養(yǎng)護 24 h 后，水泥石的抗壓強度均大于 14 mpa ；130 低密度水泥漿在 30 下養(yǎng)護 72 h 后，水泥石抗壓強度大于 3.5mpa ；160 常規(guī)水泥漿在 30 下養(yǎng)護 72 h 后，抗壓強度大于 7.5 mpa ；120 高密度水泥漿在 30 下養(yǎng)護 48 h 后，抗壓強度大于 3.5 mpa，且 96 h 后達到 16.8 mpa。綜上所述，說明了

7、 gwh-1 對水泥石強度影響較小，從宏觀上說明了聚合物緩凝劑分子結構的優(yōu)越性和引入可聚合陽離子單體的必要性。gwh-1適用于密度為 1.32.3 g/cm 3 的水泥漿，能滿足溫差為 50120 的長封固段固井作業(yè)。3 現(xiàn)場應用gwh-1 在油田已成功應用 2 井次，分別為 ha1501 井和 a 井。下面以 a 井為例介紹其應用情況。該井為開發(fā)評價井，井底靜止溫度為 138 ，循環(huán)溫度為 115 。設計采用密度為 1.30g/cm 3 的低密度水泥漿配合密度為 1.88 g/cm 3 的常規(guī)密度水泥漿，單級全封固井工藝，但由于下套管過程中發(fā)生井漏，被迫采用正注反擠工藝。該井固井難點是封固段

8、長為 6 856 m、溫差大、地層易漏等。采用了以 gwh-1 為主的水泥漿，a 井固井順利，由于存在漏層，水泥漿并未返至井口，但測井結果表明水泥漿封固段固井質量優(yōu)良。1.30 g/cm 3 低密度水泥漿配方（1 # ）和 1.88 g/cm 3常規(guī)密度水泥漿（2 # ）。4 結論通過合理分子結構設計，研制了新型高溫緩凝劑 gwh-1，其耐溫可達 200 ，抗鹽達飽和 ；高溫分散性弱 ；加量、溫度與水泥漿稠化時間呈良好的線性關系 ；大溫差條件下水泥石強度發(fā)展迅速 ；不同密度 gwh-1 水泥漿具有良好的綜合性能，可滿足大溫差的長封固段固井需求。ha1501 井和 a 井的現(xiàn)場應用結果表明，含 gwh-1 的水泥漿具有良