固井水泥浆性能对固井质量的影响分析

固井水泥浆性能对固井质量的影响分析

刘守祥

山东胜油固井工程技术有限公司  山东东营  257000

摘要:为了研究水泥浆性能对固井质量的影响,利用现场水泥浆性能的相关资料并结合第一､第二界面固井质量的测井解释结果,定性地统计出水泥浆性能与固井质量间的关系｡经过对水泥浆性能的统计表明,水泥浆结构使用领浆和尾浆比用单一结构的固井质量要高,且当领尾浆的长度比大于1､领尾浆的稠化时间差为40~60min时,有利于提高固井质量｡水泥浆领浆和尾浆的稠化过渡时间小于20min时,有利于提高固井质量｡如果用水泥浆性能系数SPN评价水泥浆的防气窜能力,则领浆的SPN值小于3及尾浆的SPN值小于6时,有利于保证固井质量｡｡

关键词:固井;水泥浆;性能;固井质量

1前言

目前,随着对固井质量影响因素全面而深入的研究,水泥浆性能对固井质量的影响越来越受到固井工作人员和科研人员的高度重视｡研究表明,水泥浆的体系以及性能都会不同程度地对固井质量产生影响,但是关于水泥浆性能对固井质量影响的研究主要是室内实验研究｡利用统计现场数据的方法研究水泥浆性能对固井质量的影响还很少,只对水泥浆的少数性能进行统计,没有对水泥浆性能进行系统的统计｡

2固井水泥原材料

2.1水泥选择

目前,我国常用普通硅酸盐水泥和G级油井水泥作为固井原材料｡针对钻采地热能时热能的流失和孔壁垮塌等问题,我国研究人员展开了一系列研究｡以硅酸盐水泥为原材料制备了固井导热水泥材料,以G级油井水泥为原材料与石墨混合制备导热水泥材料等｡

普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料,5%~20%的混合材料及适量的石膏混合而成｡G级油井水泥与普通硅酸盐水泥的根本区别在于:油井水泥具有严格的化学成分和矿物成分,由硅酸盐水泥熟料和适量的石膏混合而成

｡针对这两种常用固井水泥的性能,国家相关学者研究分析出高温条件下,两种固井水泥的流动性与水灰比成正比关系;由于水分的蒸发,两种水泥的凝结时间都显著减少;高温下养护3d,两种固井水泥的抗压强度也受到很大影响,但是G级油井水泥下降幅度小,较为稳定｡除此之外,G级油井水泥还具有较好的抗硫酸盐腐蚀作用,于是选用较为稳定的G级油井水泥作为固井原材料,研究人员更容易筛选出高导热固井水泥材料｡

2.2外加剂选择

为了弥补固井水泥在高温条件下性能的减弱,于是研究者向固井水泥中混合了外加剂,从而来调整固井水泥的性能｡常用的外加剂分为降失水剂､缓凝剂､早强剂､减水剂､分散剂等等｡因此,选用合适的外加剂,对于提升固井水泥性能是非常重要的｡

(1)降失水剂用于固井水泥中时,减少水泥浆滤失量,有效控制固井水泥的流动性和稠化时间,工程中使用最多的降失水剂主要是以AMPS和AM为主要单体的共聚物｡

(2)油井水泥稳定剂是一种以多种氢氧化物为主辅以适量抗高温纤维组成的固体粉末,稳定剂的加入能防止水泥长期经受高温后抗压强度的衰退,但其加量越大水泥流动性就越差,因此需要控制加入稳定剂的用量｡

(3)在地热钻采深度为1800m以上时,为了防止水泥浆凝结过快,需要向固井水泥中加入缓凝剂｡缓凝剂通常为羟基羧酸类､有机膦酸类以及木质素磺酸盐类,然而常用的聚合物缓凝剂在高温､强碱易发生降解,经研究如果通过聚合反应将含有多种官能团的单体聚合在一起,可以使缓凝剂具有更好的抗温性能｡

3水泥浆性能对固井质量的影响

3.1水泥浆初稠

水泥浆初稠对顶替流态有很大的影响,可影响顶替效率和固井质量｡当水泥浆初稠较小时,则可能降低顶替效率;当水泥浆初稠较大时,流动度较低,导致部分环空返速达不到要求,从而影响固井质量的提高｡水泥浆的初稠在5~10BC时的固井质量较高｡因此,设计水泥浆初稠在一定的范围内可以提高固井质量｡

3.2水泥浆稠化过渡时间

水泥浆的稠化过渡时间是水泥浆防窜系数的核心指标之一,稠化过渡时间越短,防窜效果越好｡这是因为稠化过渡时间缩短后,减少了地层流体窜入井内的时间,有效地防止窜流的发生,从而提高固井质量｡水泥浆领浆和尾浆稠化过渡时间的影响如表1所示｡由表1可知,水泥浆领浆和尾浆稠化过渡时间少于20min时,其第一､第二界面的固井优质率和总合格率都相对较高｡因此,应尽量使水泥浆的稠化过渡时间控制在20min以内｡

表1水泥浆领浆和尾浆稠化过渡时间的影响

3.3水泥浆领浆和尾浆稠化时间差值

水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差值主要影响着水泥浆的防窜效果,差值不宜过小也不宜过大｡当水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差偏小时,使领浆的缓凝效果减弱,地层流体有可能在领浆开始失重并且尾浆胶凝强度未达到240Pa时进入井内,导致窜流发生;当水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差偏大时,领浆的过度缓凝可能会影响尾浆的凝固效果,导致窜流发生,从而使得固井质量降低｡水泥浆领浆和尾浆稠化时间差的影响如表2所示｡由表2可知,水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差值介于40~60min时,其第一､第二界面的固井优质率和总合格率都相对较高｡因此,应该使水泥浆领浆和尾浆的稠化时间差控制在40~60min以内｡

表2水泥浆领浆和尾浆稠化时间差的影响

3.4水泥浆性能系数SPN值

PN值是水泥浆防窜系数的指标之一,SPN值小于3时,表示防窜效果好;SPN介于3~6之间时,表示防窜效果中等;SPN大于6时,表示水泥浆防窜效果差｡水泥浆领浆的SPN值的影响如表3所示｡由表3可知,水泥浆领浆的SPN值小于3时,固井质量优质率较高;水泥浆尾浆的SPN值小于6时,固井质量优质率较高｡因此,在用SPN设计水泥浆的防窜性能时,注意分别考虑领尾浆的防窜特性｡

表3水泥浆领浆的SPN值的影响

4结论

水泥浆结构使用领浆和尾浆比用单一结构的固井质量要高,且当领尾浆的长度比大于1.5和领尾浆的稠化时间差为40~60min时,有利于提高固井质量｡水泥浆领浆和尾浆的稠化过渡时间少于20min时,有利于提高固井质量｡如果用水泥浆性能系数SPN评价水泥浆的防气窜能力,则领浆的SPN值小于3及尾浆的SPN值小于6时,有利于保证固井质量｡

参考文献:

[1]刁胜贤,张丽哲,任知维,等.粉煤灰水泥浆体系研究与应用[J].石油钻探技术,2002,30(5):39-41.

[2]叶志富.固井质量影响因素及对策[J].天然气技术,2008(3):27-29,79.

[3]曾庆真.海拉尔盆地苏德尔构造带固井质量的影响因素及对策[J].内蒙古石油化工,2005(7):121.