膠乳水泥漿防氣臉臉閃性能評(píng)價(jià)方法

膠乳水泥漿防氣臉臉閃性能評(píng)價(jià)方法

水泥砂漿的預(yù)防和儲(chǔ)存已成為固井工程的一個(gè)重要課題。環(huán)空竄流過程受到地層及地層流體特性、水泥漿的性能、頂替效率、水泥漿的水化以及水泥與地層、套管的膠結(jié)情況等諸多因素的影響。目前國內(nèi)外已經(jīng)有一些評(píng)價(jià)固井作業(yè)竄流問題的研究,大部分是針對(duì)固井作業(yè)施工評(píng)價(jià)方面的,不能結(jié)合實(shí)際井況進(jìn)行水泥漿的防竄性能研究,在實(shí)際指導(dǎo)固井水泥漿配方設(shè)計(jì)應(yīng)用方面受到了限制。Beirute等用比例縮小法進(jìn)行了水泥漿防竄評(píng)價(jià),討論了井底存在2個(gè)相距很近氣層的竄流情況,但沒有對(duì)其他條件的影響進(jìn)行研究。朱海金等針對(duì)水泥漿本體發(fā)生的初次氣竄問題進(jìn)行了較深入的研究,得到了一種新型水泥漿防氣竄評(píng)價(jià)方法。采用這一新型水泥漿防氣竄評(píng)價(jià)方法分別對(duì)膠乳水泥漿與未加膠乳水泥漿的防氣竄性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。1防氣竄性能測(cè)試1)失水實(shí)驗(yàn)。按《GB/T19139—2003油井水泥試驗(yàn)方法》進(jìn)行,只有當(dāng)水泥漿的失水量在100mL以內(nèi)時(shí)才能進(jìn)行靜膠凝強(qiáng)度測(cè)試和氣竄實(shí)驗(yàn)。2)靜膠凝強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。使用超聲波方法測(cè)量水泥漿的靜膠凝強(qiáng)度,使用靜膠凝強(qiáng)度分析儀5265SGSA(美國千德樂公司)測(cè)出靜膠凝強(qiáng)度數(shù)據(jù),完成靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,用于水泥漿防竄實(shí)驗(yàn)中壓力控制計(jì)算。3)氣竄評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。使用氣竄分析儀7150FMA(美國千德樂公司)對(duì)水泥漿的防氣竄性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。氣竄評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法分為2個(gè)階段,當(dāng)環(huán)空液柱壓力大于氣層壓力時(shí),此時(shí)不會(huì)發(fā)生氣竄,只會(huì)發(fā)生環(huán)空向地層的失水;隨著水泥漿靜膠凝強(qiáng)度的發(fā)展,環(huán)空液柱壓力逐漸等于并小于氣層壓力,此時(shí)進(jìn)入測(cè)竄階段。只要將環(huán)空水泥漿柱的靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展測(cè)量出來,根據(jù)公式(1)計(jì)算出環(huán)空水泥漿液柱壓力損失,得到環(huán)空液柱壓力的變化情況。式中,pr為用于克服靜膠凝強(qiáng)度的壓力,Pa;SGS為靜膠凝強(qiáng)度,Pa;L為水泥漿柱長(zhǎng)度,m;D、d分別為井眼直徑、套管直徑,m。進(jìn)入測(cè)竄階段后,以第1段水泥漿柱頂部為低壓排出部分,以該段水泥漿柱上部的液柱壓力為低壓排放壓力,根據(jù)公式(2)得到室內(nèi)氣竄實(shí)驗(yàn)中的上部液柱壓力控制情況。隨著上部水泥漿的水化,上部液柱壓力不斷降低,上部的排放壓力通過公式(1)計(jì)算不斷減小直到0為止,因此在進(jìn)行室內(nèi)測(cè)竄實(shí)驗(yàn)時(shí)最后的回壓會(huì)逐漸減小到0。通過這種方法研究特定井眼的環(huán)空竄流情況時(shí)就不用局限于井底氣層的數(shù)目和距離。式中,p1c為測(cè)竄階段實(shí)驗(yàn)回壓,MPa;Lw為30.48m;p2w為高壓氣層壓力,MPa;p1w為最近氣層第1段30.48m長(zhǎng)水泥漿柱上部液柱壓力,MPa;p2c為2.8MPa;Lc為0.1524m。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到測(cè)竄階段時(shí),若水泥漿氣竄量一直為0,則說明未發(fā)生氣竄,實(shí)驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行到水泥漿失水量讀數(shù)持續(xù)保持穩(wěn)定2h后方可停止實(shí)驗(yàn),否則應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn);若水泥漿氣竄量超過0,說明發(fā)生氣竄,可立即停止實(shí)驗(yàn)。2水泥漿泵注流動(dòng)性和頂頂效率目前固井常用的膠乳主要是丁苯膠乳,它是由丁二烯和苯乙烯等單體經(jīng)過乳液聚合得到的一種固相含量為30%~50%的水性乳液。膠乳加入水泥漿中,水泥漿失水,膠粒擠塞、充填于水泥顆粒間,使濾餅滲透率降低,還有一部分膠粒在壓差作用下在水泥顆粒間聚集成膜,進(jìn)一步使濾餅的滲透率降低,充分保證了水泥漿的泵注流動(dòng)性和頂替效率。膠乳水泥漿具有低失水、直角稠化、防止氣竄等特點(diǎn),還能改善界面膠結(jié)性能。2.1失水量:100m對(duì)4組水泥漿進(jìn)行了失水實(shí)驗(yàn)(見表1),水泥漿配方如下?？梢钥闯?其失水量都不大于100mL。1#G級(jí)水泥+降失水劑F+水2#G級(jí)水泥+降失水劑F+膠乳T+水3#G級(jí)水泥+降失水劑F+緩凝劑R+水4#G級(jí)水泥+降失水劑F+膠乳T+緩凝劑R+水2.2水泥漿靜膠凝強(qiáng)度的變化采用氣竄分析儀分別測(cè)試4組對(duì)比實(shí)驗(yàn)在不同溫度下的氣竄性能,結(jié)果如表2所示。圖1、圖2分別為1#和2#配方的靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展曲線。用超聲波方法測(cè)量水泥漿的靜膠凝強(qiáng)度,4組對(duì)比配方的水泥漿靜膠凝強(qiáng)度過渡時(shí)間都較短(9~14min)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,1#和3#配方水泥漿在測(cè)試條件下均發(fā)生了氣竄;而2#和4#配方水泥漿在測(cè)試條件下均未發(fā)生氣竄。降失水劑F主要是通過降低水泥濾餅的滲透率來控制其失水量,1#和3#配方水泥漿不能有效抑制水泥漿內(nèi)流體的運(yùn)移。而2#和4#配方水泥漿由于摻有膠乳T,膠乳能穩(wěn)定地分散在水泥漿中并成膜,起到限制氣體在水泥漿中運(yùn)移的目的,提高了水泥漿的防氣竄能力。圖3、圖4分別為1#、2#配方水泥漿在80℃下的流體竄流圖?？梢钥闯?1#配方水泥漿發(fā)生了氣竄;2#配方水泥漿未發(fā)生氣竄。3水泥漿體系流變性分析龍崗62井是以了解龍崗西地區(qū)長(zhǎng)興組、飛仙關(guān)組的含油氣性,擴(kuò)大龍崗地區(qū)礁、灘氣藏勘探領(lǐng)域?yàn)槟康牡囊豢谥攸c(diǎn)預(yù)探井,設(shè)計(jì)井深為6570m,裸眼封固段長(zhǎng),安全密度窗口小,井漏和氣竄風(fēng)險(xiǎn)并存,施工難度大;小井眼、環(huán)空間隙小,固井施工摩阻大,泵壓高,注替過程中易誘發(fā)井漏,影響施工安全,施工難度大;重合段長(zhǎng),巖屑不易被清除,頂替效率低,固井質(zhì)量難以保證;井底溫度高、溫差大,水泥實(shí)驗(yàn)難度大,要求水泥漿具有抗高溫、防硫、防氣竄的性能,稠化時(shí)間及水泥漿流動(dòng)度既要滿足施工安全,防止喇叭口超緩凝,又必須滿足強(qiáng)度的要求。室內(nèi)使用超聲波方法測(cè)試龍崗62井現(xiàn)場(chǎng)快干膠乳水泥漿配方的靜膠凝強(qiáng)度,水泥漿在靜膠凝強(qiáng)度達(dá)到48Pa時(shí)開始測(cè)竄。圖5為龍崗62井快干膠乳水泥漿體系流體竄流情況。從圖5可以看出,現(xiàn)場(chǎng)水泥漿的竄流試驗(yàn)未發(fā)生氣竄,膠乳水泥漿具有較好的防氣竄性能。施工過程順利,沒有發(fā)生漏失和氣竄。全井段固井質(zhì)量為水泥膠結(jié)優(yōu)良井段為48.9%,水泥膠結(jié)中等井段為34.3