国产微珠超低密度水泥浆研究.docx

1、国产微珠超低密度水泥浆研究国产微珠超低密度水泥浆研究摘要目前固井现场解决油气井漏失问题大致有分级注水泥工艺和降低水泥浆密度两种方法。前者施工程序复杂，需延长钻机作业时间和建井周期，成本较高，故目前现场多采用后者。此法能有效地保护油气储集层、提高单井产能，在解决低压易漏失层固井复杂问题中具有显著的优势。常见的低密度水泥浆是以粉煤灰、普通漂珠、国外3M公司生产的空心玻璃微珠为主要减轻材料，其不足之处是粉煤灰自身密度较高，作为减轻剂降低水泥浆密度能力有限，普通漂珠抗压能力太差，地面配制的水泥浆密度与井下水泥浆的真实密度不一致，在较高压力下，随着漂珠破碎率的增加，井下真实密度相对远高于地面密度，这就意

2、味着该漂珠在制作超低密度水泥浆时有一定的压力局限性，而国外3M公司生产的空心玻璃微珠成本太高，另外泡沫水泥浆体系设备投资昂贵，配制工艺复杂。所以有必要优选出一种国产高性能空心玻璃微珠用于配制超低密度水泥浆。本文通过国产空心玻璃微珠抗压性能测试，对比3M公司同类型微珠的抗压性能，证明了国产空心玻璃微珠T40、T60和Y12000分别满足作为配制出适合低温（井底静止温度为49的井况）、中温（井底静止温度为89的井况）、高温（井底静止温度为159的井况）地面密度和井下真实密度基本一致的超低密度水泥浆的减轻剂的条件。并根据紧密堆积理论和颗粒大小级配技术设计了国产微珠微硅复合超低密度水泥浆固相体系，通过

3、正交试验优选了各外加剂的加量，从而获得了超低密度水泥浆体系。其中，低温水泥浆密度小于1.02g/cm3，中温水泥浆密度小于1.11g/cm3，高温水泥浆密度小于1.20g/cm3，且浆体稳定性好、早期抗压强度增长快、失水易控制、稠化时间可调。通过室内实验证明了能采用国产空心玻璃微珠代替国外的同类型产品作为超低密度水泥浆的减轻剂，以及国产微珠超低密度水泥浆体系的现场运用可行性，从而为现场固井采用该水泥浆体系提供了理论和数据支撑。关键词：低压易漏，国产微珠，超低密度，抗压性能，紧密堆积AbstractPresently,the common-applied methods to solve the

4、 well leakage in cement job is to decend the density of cement slurry,which does too much good to the reservior protection as well as enhanced production in single well and has remarkable advantage in dealing witn toughness in sealing low pressure leakingformation.The common slurry adoptsthe lighten

5、ing admixturessuch as coal ash,normal floator and hollow floator produced in 3M Corporation to decend its density.However,the compression pressure of coal ash and normal floator is too low to make the ongroud density match the undergroud density,yet, hollow floator produced in 3M Corporation is pret

6、ty expensive,so it is necessary to pick up one type of domestic floator to study the extra-low density slurry system.Based on compression pressure capability test on hollow domestic floator,the paper proves that the slurry density made of the kinds of floator including T40,T60 and Y12000 can meet th

7、e request on different condition with different tempora -ture.And the compound solid system with particle floator and micro-sillicon is designed based onthe concept of high packing density and particle size distribution; other admixtures are chosen by the othogonal experiment method,then the extra-l

8、ow density slurry system is gained.the density of the slurry is less than 1.02g/cm3, 1.11g/cm3 and 1.20g/cm3 alternately when the temporature is 49, 89 and 159,the slurry can also meet the performance including good stability,fast increasing early compression pressure,good filtration contollability

9、as well as well controllabe thickening time.After indoor experiments,it is available that using hollow domestic floatorfitting for that abroad is praticed,as well as the slurrys being available in the oilfield.The domestic hollow floator can cut thecementing expense,this study can support the cement

10、practice thearetically with the data gained in this paper.Key words:low pressure amd lost circulation, domestic floator, compression resistence capability, high packing density第1章绪论1.1 研究目的及意义目前固井现场解决油气井漏失问题大致有分级注水泥工艺和降低水泥浆密度两种方法。前者施工程序复杂，需延长钻机作业时间和建井周期，成本较高，故目前现场多采用后者。此法能有效地保护油气储集层、提高单井产能，在解决低压易漏失层

11、固井复杂问题中具有显著的优势。经过近几十年来的发展，多种常规低密度水泥浆体系已在现场固井中得到广泛应用，并且在非目的层充填固井、长封固段固井、低压易漏地层固井中防止压漏和污染地层等方面取得了良好的效果,。然而，随着复杂地层的油气勘探开发日益受到重视和欠平衡钻井技术的发展，许多探井、开发井在完井阶段由于地质情况的特殊性，遭遇的复杂固井的情况越来越多。对于低压易漏地层，出于保护油气层的目的，固井时应尽可能的降低水泥浆密度，某些特殊井甚至要求水泥浆密度低于1.20g/cm3。但是常规低密度水泥浆存在密度仍不够低、早期强度太低、稠化时间过长，其性能已不能满足特殊井油层保护固井的基本要求，在固井过程中易

12、发生漏失、产层污染，影响勘探开发的总效益。基于上述原因，在这类特殊井固井中迫切要求采用超低密度水泥浆进行封固，因此研究超低密度水泥浆对于油气层的保护和固井质量的提高具有重要的现实意义,。常见的超低密度水泥浆是以粉煤灰、普通漂珠、国外3M公司生产的空心玻璃微珠为主要减轻材料，其不足之处是粉煤灰自身密度较高，作为减轻剂降低水泥浆密度能力有限，普通漂珠抗压能力太差，地面配制的水泥浆密度与井下水泥浆的真实密度不一致，在较高压力下，随着漂珠破碎率的增加，井下真实密度相对远高于地面密度，这就意味着该漂珠在制作超低密度水泥浆时有一定的压力局限性，而国外3M公司生产的空心玻璃微珠主要不足就是成本太高，另外泡沫

13、水泥浆体系设备投资昂贵，配制工艺复杂，所以有必要优选出一种国产高性能空心玻璃微珠用于配制超低密度水泥浆。本文拟用一种国产高性能空心玻璃微珠作为超低密度水泥浆的减轻剂，该玻璃微珠承压能力高，减轻效果明显，成本低，与常用的国外3M公司的空心玻璃微珠各项性能类似，但价格可降低55%以上。研究出采用国产空心玻璃微珠作为主要减轻材料的超低密度水泥浆，适用于浅井、中深井、深井固井的高性能超低密度水泥浆体系，在满足固井要求的同时，又降低超低密度水泥浆成本。为油田生产实际中的超低压、易漏固井提供水泥浆体系的技术支撑。1.2国内外超低密度水泥浆研究和应用现状对于超低密度水泥浆体系目前还没有一个准确的定义，按照S

14、Y/T6592-2004中定义，认为密度介于1.752.10g/cm3之间的水泥浆为常规密度水泥浆，高于2.10g/cm3的为高密度水泥浆，低于1.75 g/cm3的为低密度水泥浆。因此本文中特此将密度低于1.20g/cm3水泥浆体系称之为超低密度水泥浆。1.2.1国外超低密度水泥浆研究和应用现状国外超低密度水泥浆研究起步较早，发展也非常迅速。1980年，使用密度为1.14g/cm3的漂珠低密度水泥浆成功解决了墨西哥海湾低压易漏地层的固井难题。加拿大Muskeg地层的固井多数都使用漂珠低密度水泥浆。1990年代研发了泡沫超低密度水泥浆体系。1997年美国在西德克萨斯的Sprabrry油田，使用

15、泡沫水泥（密度0.821.14g/cm3，失水200mL）解决了该地区丙烷气层和漏失层及腐蚀水层的水泥浆返高问题。前苏联、美国、加拿大等国的油田及一些深水区的海上油田，多次应用泡沫水泥固井，成功率较高。20世纪90年代末，斯伦贝谢公司的Revil等把紧密堆积理成功应用到水泥浆固相设计中，提出了一种全新的方法来设计高性能低密度水泥浆。该方法在保证水泥浆稳定性、流变性良好的情况下，通过相互充填、级配不同粒径的水泥浆固相颗粒，增加单位体积水泥浆中的固相含量，使体系达到紧密堆积的效果。这样得到的水泥浆体系，固相含量高，需水量少，早期强度发展快、抗压强度高，从而很好地解决了水泥浆高强度与低密度之间的矛盾

16、，使水泥浆的稳定性、流变性、抗压强度等性能不再受水泥浆密度的限制，让低密度水泥浆具有了常规密度水泥浆的才能达到的性能。2001年，斯仑贝谢公司提出了“可替代泡沫水泥的超低密度高强水泥浆”，水泥浆密度可低至0.96g/cm3，并成功应用于委内瑞拉、科威特等地区。2003年，美国CSI（Cementing Solutions，Inc.）以3M公司ULHS（Ultra-Lightweight Hollow Spheres）作为减轻剂加入TXI（Texas Industries）超低密度专用水泥中，配制出密度为1.081.38g/cm3的超低密度水泥浆体系。当微珠的质量分数为27.6%（占水泥重量）时配制出的密度为1.08 g/cm3水泥浆，在 60下养护24h后，水泥石强度达到9.8Mpa，养护48h后强度达到10.3MPa。该超低密度水泥浆体系由Conoco公司在南德克萨斯州进行现场施工时，现场混配和泵注都非常顺利6