張強(中海油田服務(wù)股份有限公司,廣東 深圳 518000)
常規(guī)低密高強水泥漿體系可以有效降低固井過程井內(nèi)ECD,解決固井漏失問題,但究其強度普遍偏低,電測固井質(zhì)量較差,難以滿足射孔開采要求。為提高當前低密度水泥漿體系強度,對其增加劑進行優(yōu)選,引入深水水合物低水化熱增強劑BT5,構(gòu)建強度更高的低密高強水泥漿體系。
低密高強水泥漿是在漂珠低密度水泥漿中加入增強劑配制而成的。增強劑由具有較低密度、合理顆粒分布、富含硅質(zhì)的膠凝材料組成。其增強機理如下:
(1)基于緊密堆積理論和顆粒級配原理,漂珠和水泥的粒徑不同,增強劑充填顆粒之間。
(2)水硬性材料使水泥中活性材料充分發(fā)生水化反應(yīng)。
(3)活性材料與水泥中堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),提高水泥石的綜合性能。
增強劑BT-5主要由礦渣(slag)、粉煤灰(FA)和火山灰材料M和N組成。
將礦渣、粉煤灰和火山灰材料M和N按照一定的比例同時加入水泥,通過實驗對比得出:由四種膠凝材料配制的水泥漿的流變性好、強度高。
與室內(nèi)常用的增強劑的性能對比發(fā)現(xiàn): BT-5對水泥石強度作用優(yōu)于現(xiàn)用的增強劑BT-1和BM,實驗對比數(shù)據(jù)見表1。
如表2所示,通過實驗,對比了10%、15%、20%增強劑BT5加量下漂珠低密度水泥漿體系24h強度,結(jié)果顯示:10%、15%、20%加量的增強劑BT5漂珠低密度水泥漿體系24h強度相差不大,以15%的加量強度最佳,且溫度超過40℃時,水泥石24h抗壓強度均超過14MPa。
表2 1.5g/cm3水泥漿不同BT5加量下的抗壓強度
如表3所示,通過實驗,對比了13%、14%和15%的漂珠P62加量下低密度水泥漿體系24h強度,結(jié)果顯示: 在25℃和40℃溫度條件下,水泥石抗壓強度相差不大。
表3 不同P62加量下的抗壓強度(MPa/24h)對比
通過對增強劑種類、加量以及漂珠加量的對比優(yōu)選,得出:基于增強劑BT5的水泥石強度比常規(guī)增強劑強度高,且15%加量的BT5和13%~15%加量的漂珠構(gòu)建的低密高強水泥漿體系強度較大。
通過加入其他常用添加劑,從表4可看出,該水泥漿體系流變良好,無自由水,濾失量均低于50mL/30min/7MPa,24h抗壓強度較大。
從表5可以看出:溫度超過40℃時,該體系水泥石24h抗壓強度均可超過14MPa,最高可達到24.8MPa。
表4 流變性能對比
表5 體系強度對比
同時和漂珠粉煤灰體系、常規(guī)漂珠體系進行強度對比,該體系強度均比其他體系大。
如圖1所示,通過做57℃不同緩凝劑加量下該體系的稠化時間,得出該體系在57℃下稠化時間與緩凝劑加量呈線性關(guān)系,即該體系稠化時間線性可調(diào)。
圖1 緩凝劑加量與稠化時間曲線
綜上所述:基于增強劑BT5的低密高強水泥漿體系流變性能好,無自由水,失水可控,稠化時間在15℃至90℃線性可調(diào),24h抗壓強度較大。溫度超過40℃時,該體系水泥石24h抗壓強度均可超過14MPa,可高達24.8MPa,高于其他常規(guī)低密高強水泥漿體系。滿足射孔固井對油層封固的水泥漿性能要求。
該體系在南海東部三口井進行了應(yīng)用:常溫下的探1井,中溫下的生產(chǎn)2井、中高溫下的生產(chǎn)3井,井資料見表6。
表6 應(yīng)用井資料
該體系在三口井應(yīng)用表明,該體系在常溫、中溫、中高溫井段漿體穩(wěn)定、流變好,稠化時間可調(diào),強度較大,防竄性能好,尤其在中溫和中高溫井段,其24h強度遠遠大于封固油層要求的14MPa,具備封固油層能力。三次固井均未發(fā)生漏失,尤其生產(chǎn)3井,采用射孔開采,未見異常出水情況。該體系在三口井中的應(yīng)用情況見表7。
表7 應(yīng)用井固井資料
現(xiàn)場應(yīng)用表明:使用基于BT5的低密高強水泥漿體系在南海東部常溫、中溫、中高溫固井應(yīng)用3次,1.5g/cm3密度和良好的水泥漿流變性能有效降低固井時井內(nèi)ECD,防止漏失發(fā)生,且漿體穩(wěn)定、流變性好,稠化時間可調(diào),抗壓強度高,防竄性能好,具備封固油層能力,可滿足易漏地層封固油層的作業(yè)要求。
通過以上實驗研究和現(xiàn)場實踐,可以得出以下結(jié)論:
(1)基于增強劑BT5的水泥石強度比常規(guī)增強劑強度高,且15%加量的BT5和13%~15%加量的漂珠構(gòu)建的低密高強水泥漿體系強度較大。
(2)基于增強劑BT5的低密高強水泥漿體系流變性能好,無自由水,失水可控,防竄性能好,稠化時間在15℃至90℃線性可調(diào),24h抗壓強度較大。溫度超過40℃時,該體系水泥石24h抗壓強度均可超過14MPa,可達24.8MPa,高于常規(guī)低密高強水泥漿體系。滿足射孔固井對油層封固的水泥漿性能要求。
(3)1.5g/cm3密度的基于BT5的低密高強水泥漿體系滿足常溫、中溫、中高溫現(xiàn)場固井要求,其漿體穩(wěn)定、流變性好,稠化時間可調(diào),24h水泥石抗壓強度高,防竄性能好,具備封固油層能力,可滿足易漏地層封固油層的作業(yè)要求。