胶乳水泥浆防气脸脸闪性能评价方法

胶乳水泥浆防气脸脸闪性能评价方法

水泥砂浆的预防和储存已成为固井工程的一个重要课题。环空窜流过程受到地层及地层流体特性、水泥浆的性能、顶替效率、水泥浆的水化以及水泥与地层、套管的胶结情况等诸多因素的影响。目前国内外已经有一些评价固井作业窜流问题的研究,大部分是针对固井作业施工评价方面的,不能结合实际井况进行水泥浆的防窜性能研究,在实际指导固井水泥浆配方设计应用方面受到了限制。Beirute等用比例缩小法进行了水泥浆防窜评价,讨论了井底存在2个相距很近气层的窜流情况,但没有对其他条件的影响进行研究。朱海金等针对水泥浆本体发生的初次气窜问题进行了较深入的研究,得到了一种新型水泥浆防气窜评价方法。采用这一新型水泥浆防气窜评价方法分别对胶乳水泥浆与未加胶乳水泥浆的防气窜性能进行了评价。1防气窜性能测试1)失水实验。按《GB/T19139—2003油井水泥试验方法》进行,只有当水泥浆的失水量在100mL以内时才能进行静胶凝强度测试和气窜实验。2)静胶凝强度实验。使用超声波方法测量水泥浆的静胶凝强度,使用静胶凝强度分析仪5265SGSA(美国千德乐公司)测出静胶凝强度数据,完成静胶凝强度发展与时间的对应关系,用于水泥浆防窜实验中压力控制计算。3)气窜评价实验。使用气窜分析仪7150FMA(美国千德乐公司)对水泥浆的防气窜性能进行评价。气窜评价实验方法分为2个阶段,当环空液柱压力大于气层压力时,此时不会发生气窜,只会发生环空向地层的失水;随着水泥浆静胶凝强度的发展,环空液柱压力逐渐等于并小于气层压力,此时进入测窜阶段。只要将环空水泥浆柱的静胶凝强度发展测量出来,根据公式(1)计算出环空水泥浆液柱压力损失,得到环空液柱压力的变化情况。式中,pr为用于克服静胶凝强度的压力,Pa;SGS为静胶凝强度,Pa;L为水泥浆柱长度,m;D、d分别为井眼直径、套管直径,m。进入测窜阶段后,以第1段水泥浆柱顶部为低压排出部分,以该段水泥浆柱上部的液柱压力为低压排放压力,根据公式(2)得到室内气窜实验中的上部液柱压力控制情况。随着上部水泥浆的水化,上部液柱压力不断降低,上部的排放压力通过公式(1)计算不断减小直到0为止,因此在进行室内测窜实验时最后的回压会逐渐减小到0。通过这种方法研究特定井眼的环空窜流情况时就不用局限于井底气层的数目和距离。式中,p1c为测窜阶段实验回压,MPa;Lw为30.48m;p2w为高压气层压力,MPa;p1w为最近气层第1段30.48m长水泥浆柱上部液柱压力,MPa;p2c为2.8MPa;Lc为0.1524m。在实验进行到测窜阶段时,若水泥浆气窜量一直为0,则说明未发生气窜,实验应进行到水泥浆失水量读数持续保持稳定2h后方可停止实验,否则应继续进行实验;若水泥浆气窜量超过0,说明发生气窜,可立即停止实验。2水泥浆泵注流动性和顶顶效率目前固井常用的胶乳主要是丁苯胶乳,它是由丁二烯和苯乙烯等单体经过乳液聚合得到的一种固相含量为30%~50%的水性乳液。胶乳加入水泥浆中,水泥浆失水,胶粒挤塞、充填于水泥颗粒间,使滤饼渗透率降低,还有一部分胶粒在压差作用下在水泥颗粒间聚集成膜,进一步使滤饼的渗透率降低,充分保证了水泥浆的泵注流动性和顶替效率。胶乳水泥浆具有低失水、直角稠化、防止气窜等特点,还能改善界面胶结性能。2.1失水量:100m对4组水泥浆进行了失水实验(见表1),水泥浆配方如下。可以看出,其失水量都不大于100mL。1#G级水泥+降失水剂F+水2#G级水泥+降失水剂F+胶乳T+水3#G级水泥+降失水剂F+缓凝剂R+水4#G级水泥+降失水剂F+胶乳T+缓凝剂R+水2.2水泥浆静胶凝强度的变化采用气窜分析仪分别测试4组对比实验在不同温度下的气窜性能,结果如表2所示。图1、图2分别为1#和2#配方的静胶凝强度发展曲线。用超声波方法测量水泥浆的静胶凝强度,4组对比配方的水泥浆静胶凝强度过渡时间都较短(9~14min)。实验结果表明,1#和3#配方水泥浆在测试条件下均发生了气窜;而2#和4#配方水泥浆在测试条件下均未发生气窜。降失水剂F主要是通过降低水泥滤饼的渗透率来控制其失水量,1#和3#配方水泥浆不能有效抑制水泥浆内流体的运移。而2#和4#配方水泥浆由于掺有胶乳T,胶乳能稳定地分散在水泥浆中并成膜,起到限制气体在水泥浆中运移的目的,提高了水泥浆的防气窜能力。图3、图4分别为1#、2#配方水泥浆在80℃下的流体窜流图。可以看出,1#配方水泥浆发生了气窜;2#配方水泥浆未发生气窜。3水泥浆体系流变性分析龙岗62井是以了解龙岗西地区长兴组、飞仙关组的含油气性,扩大龙岗地区礁、滩气藏勘探领域为目的的一口重点预探井,设计井深为6570m,裸眼封固段长,安全密度窗口小,井漏和气窜风险并存,施工难度大;小井眼、环空间隙小,固井施工摩阻大,泵压高,注替过程中易诱发井漏,影响施工安全,施工难度大;重合段长,岩屑不易被清除,顶替效率低,固井质量难以保证;井底温度高、温差大,水泥实验难度大,要求水泥浆具有抗高温、防硫、防气窜的性能,稠化时间及水泥浆流动度既要满足施工安全,防止喇叭口超缓凝,又必须满足强度的要求。室内使用超声波方法测试龙岗62井现场快干胶乳水泥浆配方的静胶凝强度,水泥浆在静胶凝强度达到48Pa时开始测窜。图5为龙岗62井快干胶乳水泥浆体系流体窜流情况。从图5可以看出,现场水泥浆的窜流试验未发生气窜,胶乳水泥浆具有较好的防气窜性能。施工过程顺利,没有发生漏失和气窜。全井段固井质量为水泥胶结优良井段为48.9%,水泥胶结中等井段为34.3