低密度水泥浆体系的研究与应用

关于低密度水泥浆体系的研究与应用第1页，课件共36页，创作于2023年2月一、室内研究二、现场试验三、效益分析四、结论

目录第2页，课件共36页，创作于2023年2月

吉林油田英台、乾安、嫩字等地区地层情况复杂，为易漏失地层，特别是乾安地区裂缝极为发育，同时该地区青山口组和泉头组地层油气水十分活跃，层间夹层薄，给固井施工造成很大的难度，这就要求固井水泥浆体系在较低密度的情况下，具有良好的流动性、合适的稠化时间、较高的抗压强度和很小的失水量，因此，针对各个区块的具体特点，开展了低密度系列配方的研究工作，并现场应用，取得了很好的效果，使固井质量有了突破性的进展，对延长油井使用寿命和提高采收率具有重大意义。第3页，课件共36页，创作于2023年2月一、室内研究

1、英台地区设计的水泥浆性能指标为：密度：1.40－1.50g/cm3流动度：＞230mm稠化时间：90－150min（45－60℃，20－30min，20－30MPa）抗压强度：＞14MPa（24h、0.1MPa、50－70℃）以设计的水泥浆性能指标为依据，进行了室内配方的优选工作。选择漂珠作为减轻剂，同时英台地区油气水窜问题较小，不要求控制失水，因此，应用硅粉作为外掺料来稳定体系，再通过早强剂SW、减阻剂USZ、缓凝剂GH－1获得合适的稠化时间和抗压强度以及流动性。通过大量的室内实验，优选出了复合低密度水泥浆体系，各项性能见表1。第4页，课件共36页，创作于2023年2月表1复合低密度水泥浆体系性能数据表序号外加剂加量％水灰比流动度mm密度g/cm3稠化时间min抗压强度MPaSWUSZGH－1条件用时条件24h7d140.500.62401.4945℃20min20MPa11050℃0.1MP

15.820240.500.62401.4950℃20min24MPa9855℃0.1MPa17.121.6340.300.62401.4955℃25min26MPa12065℃0.1MPa

18.321.9440.300.62451.4960℃25min28MPa12875℃0.1MPa

19.622.1注：水泥：漂珠：硅粉＝80:12:8一、室内研究第5页，课件共36页，创作于2023年2月

从表1的数据可以看出，通过调整外加剂的加量可以获得合适的流动度、稠化时间，同时体系均具有较高的抗压强度，能够提高水泥石与第二界面的胶结强度，从而提高固井质量。体系中还可以通过调整外掺料的比例获得所需的密度（范围在1.35—1.55g/cm3）和稠化时间来满足不同的固井施工要求。

2、乾安地区乾安地区的地层更为复杂，因此是低密度体系的研究重点，根据乾安地区的地层特点以及现场固井施工要求设计了以下的性能指标：密度：1.50－1.65g/cm3流动度：220－240mm稠化时间：90－150min（70－75℃，30min，35MPa）失水量:<100ml(45℃,30min,7MPa)抗压强度：＞14MPa（24h、0.1MPa、85℃）以设计的水泥浆性能指标为依据，进行了各项性能的优选试验。

一、室内研究第6页，课件共36页，创作于2023年2月表2降失水低密度体系密度数据表序号漂珠加量％外加剂加量％水灰比流动度mm密度g/cm3ABC191.81.50.10.552401.662101.81.50.10.552301.623111.81.50.10.552301.594121.81.50.10.55201.565131.81.50.10.552301.53一、室内研究控制好水泥浆的密度，是解决乾安地区固井易漏失的一个关键问题，为此，首先进行了密度调节试验，试验结果见表2。（1）密度第7页，课件共36页，创作于2023年2月

从表2的数据可以看出，随漂珠加量的增加，水泥浆密度降低，当漂珠加量在10－13％时密度基本控制在1.50-1.65g/cm3。

在优选出密度的基础上,通过调整降失水剂A的加量进行失水量试验，试验结果见表3。表3降失水低密度体系失水量数据表序号漂珠加量％外加剂加量％水灰比流动度mm密度g/cm3失水量mlABC条件失水量11011.50.10.552301.6245℃30min7MPa3062101.51.50.10.552301.62623101.81.50.10.552401.613041021.50.10.552401.6220一、室内研究⑵失水量第8页，课件共36页，创作于2023年2月

从表3的数据可以看出，随着降失水剂A加量的增加，低密度体系的失水量降低，当A加量为1.8%时，降低到了50ml以下，这对保护油气层，提高采收率具有重大的意义。可以大大的降低水泥浆的瞬时失水，减少桥堵现象，降低泵送压力，提高顶替效率，保证固井施工安全，提高固井质量。通过调整早强剂和缓凝剂可以获得较高的强度和合适的稠化时间，具体数据见表4。一、室内研究⑶稠化时间、抗压强度优选第9页，课件共36页，创作于2023年2月表4降失水低密度水泥浆稠化时间、抗压强度数据表序号漂珠加量％外加剂加量％水灰比流动度mm密度g/cm3稠化时间min抗压强度MPaABC条件用时条件强度1101.81.500.552301.6275℃30min7MPa8885℃0.1MPa24h172101.81.50.10.552301.929216.93101.81.50.150.552401.6110717.34101.81.50.180.552401.6212017.15101.81.50.20.552401.6215816.86121.81.50.180.552401.6216516.2一、室内研究第10页，课件共36页，创作于2023年2月

从表中数据可以看出，通过早强剂B和缓凝剂C加量的调节可以获得范围较大的稠化时间和较高的强度，符合设计指标，能够满足固井施工要求。综合以上性能，优选出一组最佳方案：

G级＋10％漂珠＋1.8%A+1.5%B+0.1-0.2%C

3、嫩字地区嫩字地区为易漏、易窜地区，井深在1600米，固井要考虑的主要问题是降低水泥浆的密度和失水量，有效保护油气层和提高顶替效率，同时要求稠化时间合适，强度高，提高水泥环与第二界面的胶结质量。设计以下性能指标：密度：1.55－1.65g/cm3

流动度：220－240mm

一、室内研究第11页，课件共36页，创作于2023年2月

稠化时间：90－130min（52℃，30min，25MPa）失水量:<100ml(52℃,30min,7MPa)

抗压强度：＞14MPa（24h、0.1MPa、65℃）以设计的水泥浆性能指标为依据，通过室内优选试验，得出最佳的水泥浆配方为：

G级＋13％漂珠＋1.5RC+1.5%B

其体系的各项性能为：密度：1.60g/cm3

流动度：240mm

稠化时间：115min

失水量：30ml24h抗压强度：19.0MPa

各项性能符合设计指标，满足固井施工要求。一、室内研究第12页，课件共36页，创作于2023年2月二、现场实验

在室内试验性能满意的情况下，根据生产情况分别进行了现场应用，现场水泥浆性能符合指标及室内试验结果，固井施工顺利。应用复合低密度体系在英台地区共固井300多口，固井合格率100％，优质率86.5%，低密度降失水体系在乾安地区固井420口，合格率100％，优质率75.5%，在嫩字地区固井58口，合格率100％，优质率85.52%，优质率均较其它体系提高20％以上，使吉林油田中深井的固井难题得到了解决，创造了较好的经济效益和社会效益，推广应用前景十分可观。第13页，课件共36页，创作于2023年2月三、效益分析

固井质量的提高，有利于保护油气层，对后继采油稳产高产起到不可估量的作用。据调查，固井不合格的井平均年修井次数要增加一倍，每次修井费用需数千元，并且，从延长油井使用寿命来说，优质井要比合格井延长使用寿命5年以上，可创效1000元*1.5吨/天*240天/年*5年＝180万元，具有一定的经济效益和社会效益，推广应用前景十分可观。第14页，课件共36页，创作于2023年2月四、结论通过以上的室内研究及现场试验得出结论：1、水泥浆流变性好，可泵时间长，降低替液压力，提高顶替效率。2、低密度体系早期强度高，能提高固井水泥石的胶结质量。3、低密度体系稠化时间合适，可调范围较大，可适应不同井深范围固井施工要求。4、低密度水体系失水量均小于50ml，这对提高顶替效率，保护油气层，提高采收率具有重大意义。5、较好的解决了吉林油田中深井固井易漏失和易窜的技术难题。6、固井质量有了大幅度的提高，推广应用前景十分可观。第15页，课件共36页，创作于2023年2月

调整井固井技术在吉林油田的研究与应用第16页，课件共36页，创作于2023年2月

目

录一、室内研究二、现场试验三、效益分析四、结论第17页，课件共36页，创作于2023年2月

吉林油田每年有几百口调整井，是吉林油田增产创效的重要力量，这些井井深都在500－1500米，井底温度较低，由于在长期注水开采，地下情况十分复杂，地下流体分布难以掌握，地下水气窜问题严重影响了固井质量和后继采油、强化采油等后期作业，严重者甚至造成固井失败，导致无法弥补的经济损失。因此急待解决固井水泥浆防窜问题。根据老区调整井完井的要求和特点，特别是易水窜地区,要提高固井质量，最主要的问题是必须使水泥浆具有良好的防窜能力，这就要求水泥浆在良好的流动性下,具有失水低、凝结时间短、形成的水泥石渗透率低、早强强度高、水泥与地层和套管两界面胶结良好的优点，因此在调整水泥浆性能时往往要加入多种外加剂，如改善流动性的分散剂、提高强度的早强剂、降低失水量的降失水剂，这些加入多种外加剂的方法往往带来许多新的矛盾和问题。具体表现在：1)外加剂间配伍性和相溶性差。2)外加剂相互副作用。3)现场施工繁琐、不易掌握、第18页，课件共36页，创作于2023年2月性能难以保证和调节。4)明显增加固井成本，使实际应用受到极大的限制。这些因素导致水泥浆体系难以有效的封窜和提高固井质量。因此，研究应用一种新型水泥浆外加剂来形成早强抗窜水泥浆体系，应用高分子聚合物的化学物理原理、水化膨胀机理和链交接机理，从多方位来控制地层水气窜，同时采用恰当的施工工艺，以提高固井质量。其意义和技术经济价值在于：使用一种水泥外加剂使水泥浆具有高流动性、低失水、早强、低渗、微膨胀等特性，使水泥浆和地层及套管界面良好胶结，实现有效封窜，同时便于现场施工和掌握，易于推广应用。该技术应用以来共固井43口，合格率100％，优质率78.81%，有了极大的提高，该成果是一项崭新的技术，具有相当高的经济效益和社会效益。第19页，课件共36页，创作于2023年2月1、作用机理探讨a、减阻分散作用机理：LG改变水泥颗粒的表面性质和胶体的电动特性及形成洛合物，拆散了水泥浆体系的网状结构和阻止了聚合物分子自身的桥联，释放出被包裹的拌和水并束缚在水泥颗粒的表面，随水泥颗粒表面一起流动，使水泥颗粒分散性和稳定性提高，流动性变好，有利于提高顶替效率，达到提高固井质量目的。b、降低失水量的作用机理：LG增强了水泥颗粒和滤饼的负电荷密度，拆散了水泥浆体系的网状结构，使水泥颗粒均匀分布，形成牢固的吸附水化层，有效固定水泥浆体系中的游离水，构成弹性胶粒和液膜，缩小滤饼的孔隙和增大滤失阻力。其主要是改善滤饼的质量。一、室内研究第20页，课件共36页，创作于2023年2月c

、提高强度作用机理：加速水泥水化的速度，使结晶一沉淀更充分、更完善，降低水泥石的渗透率和孔隙率，形成致密的水泥石，形成链交接、缩小孔隙体积，使水泥颗粒更紧密排列，同时增加水泥石的韧性，使水泥石的强度提高。2、配方研究根据吉林油田调整井水窜严重这个难题，以及调整井的分布情况和井深不同，设计形成以下性能指标：a.流动度：>220mmb.初凝时间：30-70minc.终凝时间：<10mind.稠化时间：40-120mine.高温高压失水：<250mlf.24h抗压强度：>14MPag.流性指数：0.70—0.90h.稠度系数：<0.1PaSN第21页，课件共36页，创作于2023年2月

以设计指标为依据，严格的执行油井水泥外加剂的试验规程和操作规程，进行了下列各项性能的研究优选。

⑴凝结时间优选

在不同养护温度下，调整LG加量，可以获得不同的凝结时间，通过反复的试验，优选出LG加量为2－5％，养护温度35－50℃的凝结时间，具体试验结果见表1。第22页，课件共36页，创作于2023年2月表1LG水泥浆常规性能数据表序号LG加量％水灰比流动度mm密度g/cm3养护温度℃初凝时间min终凝时间min100.422401.924017835220.422601.9235365330.422601.9235535440.422601.9235665550.422601.9335854620.422601.9240354730.422601.9240454840.422601.9140614950.422601.92407441040.422601.92505231150.422601.9250664第23页，课件共36页，创作于2023年2月

从表1的数据可以看出，加入LG后，水泥浆体系的流动度明显提高，均大于260mm，改善了水泥浆的流变性，使入井水泥浆易紊流冲洗，降低了水泥浆的泵送难度，提高泵效，进而提高顶替效率，有利于提高固井质量。从凝结时间数据可以看出，加入LG后的凝结时间较净浆明显缩短，养护温度相同时，初凝时间随加量的增加而变长，35℃养护时，2％加量初凝时间36min，5％加量初凝时间为85min，终凝时间都小于5min。表中凝结时间数据符合设计指标，可满足500－1500米调整井的固井施工要求，它的明显优势是可大大减小地下油、气、水侵入水泥浆中，使水泥浆凝结时间变长，甚至不凝，导致环空窜槽的可能性，有利于保证固井质量，提高采收率。

⑵稠化时间、失水、抗压强度优选在优选出凝结时间的基础上，在室内进行了LG加量不同的水泥浆稠化时间、失水、抗压强度三大主要性能的优选，性能数据见表2。第24页，课件共36页，创作于2023年2月

表2LG水泥浆稠化时间、失水、抗压强度性能数据表序号LG加量％稠化时间min失水量ml抗压强度MPa条件用时条件失水条件24h7d1230℃19min13MPa初稠<10Bc52min-20Bc61min-70Bc45℃30min7MPa10240℃0.1MPa14.830.62340℃19min13MPa初稠<10Bc65min-20Bc70min-70Bc45℃30min7MPa4540℃

0.1MPa1631.43440℃19min13MPa初稠<10Bc110min-20Bc114min-70Bc45℃30min7MPa3240℃

0.1MPa18.432.44550℃20min15MPa初稠<10Bc90min-20Bc96min-70Bc45℃30min7MPa2940℃

0.1MPa19.235.45060℃25min28MPa初稠<10Bc

142min-70Bc45℃30min7MPa120840℃

0.1MPa14.625.4第25页，课件共36页，创作于2023年2月

从表中的各项数据可以看出，各项性能均符合设计指标，能满足固井施工要求，特别是稠化时间，初稠小于10Bc,20Bc时稠化时间就足以满足施工要求。20Bc至70Bc只有几分钟，呈明显的直角效应，稠化时间可调性强，可适用不同井深固井，能有效的防止油气水窜。从失水的数据可以看出，随LG加量的增加，失水量明显降低，且不影响其他性能，有利于保护油气层，提高采收率。24h抗压强度净浆14.6MPa，加量2％时为14.8MPa，比净浆提高了1.4%，加量5％时为19.2MPa，比净浆提高了31.5%，后期强度7天也明显高于净浆水泥石，并且LG加量越多，抗压强度提高的幅度越大。

⑶LGA水泥浆胶结强度的实验用自制的模拟实验装置对水泥石进行了胶结强度对比实验，实验结果见表3。第26页，课件共36页，创作于2023年2月表3水泥浆胶结强度数据表

温度℃胶结强度Kpa

LG加量％3540455002.182.823.003.0333.874.364.486.0555.085.556.657.74

实验结果表明，水泥浆加入LG早强防窜剂后胶结强度均高于净浆水泥石，而且加量越大，胶结强度提高幅度越大。第27页，课件共36页，创作于2023年2月加量为3％时，胶结强度6.05Kpa，比净浆的3.03Kpa提高了50％，加量5％时，胶结强度比净浆提高了60.9%，从数据分析可以看出：早强防窜水泥外加剂配制水泥浆可大大提高水泥石与第一界面和第二界面的胶结强度，有利于提高固井质量。

⑷早强防窜水泥浆流变性能的优选。试验结果见表4：PaSn

流变指数无因次加量％流变性nK(PaSn)00.50491.413820.56240.792830.70880.295140.87910.093850.92300.121260.98690.0668第28页，课件共36页，创作于2023年2月

从表中数据可以看出，随LG加量的增加，流变指数增加。原浆的n值为0.5049，2％LG水泥浆n值为0.5624，比净浆提高了11.4%，3％加量时比净浆提高了82.8%，由n值变化明显看出，早强防窜剂提高了水泥浆的n值，加量越大，n值越接近1。从表中数据可以看出，加有LG的水泥浆k值明显下降，2％加量时比净浆降低了43.9%；4％加量时比净浆降低了93.4%。这说明该早强防窜剂的加入能降低水泥浆的稠度系数,减小流动阻力，有利于提高顶替效率和固井质量。通过以上大量的水泥浆性能试验结果表明，LG是一种高效水泥外加剂。用LG调配的水泥浆具有良好的性能，初凝时间合适，终凝时间小于5分钟，稠化时间可调，低失水，强度高。因此，LG是一种理想的水泥外加剂。综合性能数据见表5。第29页，课件共36页，创作于2023年2月表5LG水泥浆性能数据表LG加量％水灰比流动度mm密度g/cm3养护温度初凝时间min终凝时间min稠化时间min失水量24h抗压强度MPank2－40.42大于2601.9235-503652561-1101003214.8-18.40.56–0.880.079–0.094第30页，课件共36页，创作于2023年2月

通过大量的室内物理化学研究，优选出了LG多作用高效水泥外加剂。其水泥浆体系具有低失水、高流动性、高机械强度、凝结时间可调、稠化曲线呈直角效应的独特优点。它可满足我油田调整井的固井施工要求。保证固井质量，提高固井优质率。同时通过实践对比，采用以下工艺和措施：⑴固井前降低泥浆粘度、切力、密度，使用初稠小、流动性好的水泥浆固井。⑵根据每口井的具体情况使用合理