低密高強(qiáng)水泥漿體系增強(qiáng)劑的優(yōu)選及應(yīng)用

張強(qiáng)(中海油田服務(wù)股份有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

常規(guī)低密高強(qiáng)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(qiáng)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(dāng)前低密度水泥漿體系強(qiáng)度，對其增加劑進(jìn)行優(yōu)選，引入深水水合物低水化熱增強(qiáng)劑BT5，構(gòu)建強(qiáng)度更高的低密高強(qiáng)水泥漿體系。

1 低密高強(qiáng)水泥漿體系增強(qiáng)劑的構(gòu)建

1.1 構(gòu)建原理

低密高強(qiáng)水泥漿是在漂珠低密度水泥漿中加入增強(qiáng)劑配制而成的。增強(qiáng)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(qiáng)機(jī)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(qiáng)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。

1.2 增強(qiáng)劑BT5主要成分及增強(qiáng)機(jī)理

增強(qiáng)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(qiáng)度高。

與室內(nèi)常用的增強(qiáng)劑的性能對比發(fā)現(xiàn)： BT-5對水泥石強(qiáng)度作用優(yōu)于現(xiàn)用的增強(qiáng)劑BT-1和BM，實驗對比數(shù)據(jù)見表1。

1.3 增強(qiáng)劑BT5加量優(yōu)選

如表2所示，通過實驗，對比了10%、15%、20%增強(qiáng)劑BT5加量下漂珠低密度水泥漿體系24h強(qiáng)度，結(jié)果顯示：10%、15%、20%加量的增強(qiáng)劑BT5漂珠低密度水泥漿體系24h強(qiáng)度相差不大，以15%的加量強(qiáng)度最佳，且溫度超過40℃時，水泥石24h抗壓強(qiáng)度均超過14MPa。

表2 1.5g/cm3水泥漿不同BT5加量下的抗壓強(qiáng)度

1.4 體系漂珠加量優(yōu)選

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(qiáng)度，結(jié)果顯示： 在25℃和40℃溫度條件下，水泥石抗壓強(qiáng)度相差不大。

表3 不同P62加量下的抗壓強(qiáng)度(MPa/24h)對比

通過對增強(qiáng)劑種類、加量以及漂珠加量的對比優(yōu)選，得出：基于增強(qiáng)劑BT5的水泥石強(qiáng)度比常規(guī)增強(qiáng)劑強(qiáng)度高，且15%加量的BT5和13%～15%加量的漂珠構(gòu)建的低密高強(qiáng)水泥漿體系強(qiáng)度較大。

2 體系性能評價

2.1 體系常規(guī)性能評價

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(qiáng)度較大。

2.2 體系強(qiáng)度評價

從表5可以看出：溫度超過40℃時，該體系水泥石24h抗壓強(qiáng)度均可超過14MPa，最高可達(dá)到24.8MPa。

表4 流變性能對比

表5 體系強(qiáng)度對比

同時和漂珠粉煤灰體系、常規(guī)漂珠體系進(jìn)行強(qiáng)度對比，該體系強(qiáng)度均比其他體系大。

2.3 體系稠化性能評價

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(qiáng)劑BT5的低密高強(qiáng)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(qiáng)度較大。溫度超過40℃時，該體系水泥石24h抗壓強(qiáng)度均可超過14MPa，可高達(dá)24.8MPa，高于其他常規(guī)低密高強(qiáng)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 現(xiàn)場應(yīng)用

該體系在南海東部三口井進(jìn)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(qiáng)度較大，防竄性能好，尤其在中溫和中高溫井段，其24h強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(qiáng)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(qiáng)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。

4 結(jié)語

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(qiáng)劑BT5的水泥石強(qiáng)度比常規(guī)增強(qiáng)劑強(qiáng)度高，且15%加量的BT5和13%～15%加量的漂珠構(gòu)建的低密高強(qiáng)水泥漿體系強(qiáng)度較大。

(2)基于增強(qiáng)劑BT5的低密高強(qiáng)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(qiáng)度較大。溫度超過40℃時，該體系水泥石24h抗壓強(qiáng)度均可超過14MPa，可達(dá)24.8MPa，高于常規(guī)低密高強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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。