摘要 氮氣膨脹劑水泥漿體系主要由氮氣膨脹劑、不滲透油井水泥降失水劑和減阻劑等組成,其中膨脹劑由氮氣發(fā)氣材料、穩(wěn)氣材料和特種表面活性劑組成。通過評價氮氣膨脹劑對水泥漿體系膨脹率、稠化時間及抗壓強度影響,考察了氮氣膨脹劑與S902 配伍性及氮氣膨脹劑的抗鹽性。結(jié)果表明,氮氣膨脹劑能顯著提高水泥膨脹率、對稠化時間和抗壓強度無影響,具有良好的抗鹽性及配伍性。新型防氣竄水泥漿體系在勝利油田的直井、定向井、水平井等井中應(yīng)用,固井優(yōu)質(zhì)率達到85 % ,合格率達到了100 % ,取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
關(guān)鍵詞 氮氣膨脹劑 氣竄 油井水泥 固井質(zhì)量
中圖分類號: TE256. 6 文獻標(biāo)識碼:A
固井后環(huán)空竄流一直是影響產(chǎn)能評價、注水效 果和油氣井產(chǎn)量的突出問題,如果層間封固不良,高壓層流體必然竄入低壓層,造成油氣資源的流失或傷害儲層。勝利油田地層復(fù)雜,油藏特征差異大,井下復(fù)雜情況多樣,特別是近幾年高壓、長封固段等井不斷增加,給固井技術(shù)提出了更高的要求。為此勝利石油管理局固井公司對防氣竄問題進行了全面系統(tǒng)的研究和分析,并在室內(nèi)實驗的基礎(chǔ)上,進行了氮氣膨脹水泥漿的現(xiàn)場應(yīng)用,取得了良好的效果。
1 氮氣膨脹劑水泥漿體系組成及性能
1. 1 基本組成
氮氣膨脹劑水泥漿體系主要由氮氣膨脹劑、不滲透油井水泥降失水劑和減阻劑等組成。
1. 1. 1 氮氣膨脹劑
氮氣膨脹劑外觀為淺黃色粉末,能夠均勻分布在水中,可以和油井水泥濕混或干混。該膨脹劑由氮氣發(fā)氣材料、穩(wěn)氣材料和特種表面活性劑組成。氮氣膨脹劑在38 ℃以上的溫度養(yǎng)護下能夠釋放出氮氣,該氮氣在表面活性劑作用下均勻分布在水泥漿體內(nèi),使水泥石在常壓下也具有很高的抗壓強度。
1. 1. 2 S902 不滲透油井水泥降失水劑S902 外觀為棕黃色粉末狀,能和水泥濕混或干混。它是由多種聚合物經(jīng)特殊工藝加工而成的添加劑。加到水泥漿內(nèi)能吸附在水泥顆粒表面,形成吸附膜,在交聯(lián)劑作用下能夠相互粘結(jié)在一起形成結(jié)構(gòu)。當(dāng)漿體受到壓差作用時能在地層表面形成不滲透薄膜,阻止失水。
1. 1. 3 SUS 油井水泥減阻劑SUS 吸附在水泥顆粒表面,形成吸附膜,使水泥顆粒處于分散狀態(tài),把水泥顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的束縛水變成自由水,從而提高了漿體的流動性。
1. 2 基本性能
在勝維G級水泥中加入氮氣膨脹劑、自來水后的性能見表1 。
由表1 看出,膨脹劑在低溫(35 ℃)條件下性能穩(wěn)定,長期置于低溫下基本不發(fā)氣;中溫(75 ℃) 養(yǎng)護2 h 后,膨脹率迅速發(fā)展為23. 8 % ,體積產(chǎn)生輕度膨脹,一方面可以補償水泥石收縮引起的膠結(jié)質(zhì)量差,提高膠結(jié)強度;另一方面,通過發(fā)氣組分產(chǎn)生的氮氣,補充水泥漿重力損失,防止地層流體的侵入。
1. 3 氮氣膨脹劑對水泥漿性能的影響
在75 ℃下,試驗用水、水泥類型、密度和水灰比見表1 ,其它性能參數(shù)見表2 。由表2 可知,氮氣膨脹劑對水泥漿稠化時間影響較小,基本上不影響水泥漿的稠化性能,能夠克服以往使用氫氣膨脹劑嚴(yán)重緩凝的現(xiàn)象,在保證足夠的施工時間前提下,能夠減少候凝時間,有利于獲得較好的防氣竄效果;由表2還可以看出,膨脹劑加量對漿體稠化性能、流動度、密度及抗壓強度影響不大。
1. 4 氮氣膨脹劑的加量對膨脹率的影響
單一的油井水泥在凝固時會產(chǎn)生體積收縮,從而導(dǎo)致固井時水泥環(huán)中產(chǎn)生微小縫隙,引起流體竄槽。為了防止此類情況的發(fā)生,在油井水泥中加入了膨脹劑。在實驗室條件下,對加入氮氣膨脹劑的油井水泥進行了膨脹率的測定,結(jié)果見表3 。
由表3 可以看出: 氮氣膨脹劑加量( 0. 8 %(BWOC) ) 較小時,在38 ℃的低溫情況下已經(jīng)顯示出較明顯的膨脹率(50 min 時為2 % ,120 min 時為3 % ,并且達到指標(biāo)要求) ;在75 ℃的中溫條件下,由于溫度升高,膨脹劑中的發(fā)泡劑分解為氣體的部分增加,致使膨脹率也隨之大幅度增加(膨脹率達到13 % ,達到指標(biāo)要求) ;而且,隨著膨脹劑加量的增加,膨脹效果也有較大幅度的提高。
1. 5 氮氣膨脹劑的加量對水泥漿稠化時間的影響
在現(xiàn)場施工中,要求油井水泥外加劑的性能要具有單一性,便于在現(xiàn)場施工中能容易地控制水泥漿的各種性能。實驗室內(nèi)對加入氮氣膨脹劑的油井水泥的稠化性能進行評價,結(jié)果見表4 。
由表4 可以看出,加入氮氣膨脹劑后,油井水泥的初始稠度值較低(一般在6～7 Bc) ,基本滿足固井施工的要求。通過實驗還發(fā)現(xiàn),氮氣膨脹劑的加入