膠乳水泥漿防氣臉臉閃性能評價方法

膠乳水泥漿防氣臉臉閃性能評價方法

水泥砂漿的預防和儲存已成為固井工程的一個重要課題。環(huán)空竄流過程受到地層及地層流體特性、水泥漿的性能、頂替效率、水泥漿的水化以及水泥與地層、套管的膠結(jié)情況等諸多因素的影響。目前國內(nèi)外已經(jīng)有一些評價固井作業(yè)竄流問題的研究,大部分是針對固井作業(yè)施工評價方面的,不能結(jié)合實際井況進行水泥漿的防竄性能研究,在實際指導固井水泥漿配方設計應用方面受到了限制。Beirute等用比例縮小法進行了水泥漿防竄評價,討論了井底存在2個相距很近氣層的竄流情況,但沒有對其他條件的影響進行研究。朱海金等針對水泥漿本體發(fā)生的初次氣竄問題進行了較深入的研究,得到了一種新型水泥漿防氣竄評價方法。采用這一新型水泥漿防氣竄評價方法分別對膠乳水泥漿與未加膠乳水泥漿的防氣竄性能進行了評價。1防氣竄性能測試1)失水實驗。按《GB/T19139—2003油井水泥試驗方法》進行,只有當水泥漿的失水量在100mL以內(nèi)時才能進行靜膠凝強度測試和氣竄實驗。2)靜膠凝強度實驗。使用超聲波方法測量水泥漿的靜膠凝強度,使用靜膠凝強度分析儀5265SGSA(美國千德樂公司)測出靜膠凝強度數(shù)據(jù),完成靜膠凝強度發(fā)展與時間的對應關系,用于水泥漿防竄實驗中壓力控制計算。3)氣竄評價實驗。使用氣竄分析儀7150FMA(美國千德樂公司)對水泥漿的防氣竄性能進行評價。氣竄評價實驗方法分為2個階段,當環(huán)空液柱壓力大于氣層壓力時,此時不會發(fā)生氣竄,只會發(fā)生環(huán)空向地層的失水;隨著水泥漿靜膠凝強度的發(fā)展,環(huán)空液柱壓力逐漸等于并小于氣層壓力,此時進入測竄階段。只要將環(huán)空水泥漿柱的靜膠凝強度發(fā)展測量出來,根據(jù)公式(1)計算出環(huán)空水泥漿液柱壓力損失,得到環(huán)空液柱壓力的變化情況。式中,pr為用于克服靜膠凝強度的壓力,Pa;SGS為靜膠凝強度,Pa;L為水泥漿柱長度,m;D、d分別為井眼直徑、套管直徑,m。進入測竄階段后,以第1段水泥漿柱頂部為低壓排出部分,以該段水泥漿柱上部的液柱壓力為低壓排放壓力,根據(jù)公式(2)得到室內(nèi)氣竄實驗中的上部液柱壓力控制情況。隨著上部水泥漿的水化,上部液柱壓力不斷降低,上部的排放壓力通過公式(1)計算不斷減小直到0為止,因此在進行室內(nèi)測竄實驗時最后的回壓會逐漸減小到0。通過這種方法研究特定井眼的環(huán)空竄流情況時就不用局限于井底氣層的數(shù)目和距離。式中,p1c為測竄階段實驗回壓,MPa;Lw為30.48m;p2w為高壓氣層壓力,MPa;p1w為最近氣層第1段30.48m長水泥漿柱上部液柱壓力,MPa;p2c為2.8MPa;Lc為0.1524m。在實驗進行到測竄階段時,若水泥漿氣竄量一直為0,則說明未發(fā)生氣竄,實驗應進行到水泥漿失水量讀數(shù)持續(xù)保持穩(wěn)定2h后方可停止實驗,否則應繼續(xù)進行實驗;若水泥漿氣竄量超過0,說明發(fā)生氣竄,可立即停止實驗。2水泥漿泵注流動性和頂頂效率目前固井常用的膠乳主要是丁苯膠乳,它是由丁二烯和苯乙烯等單體經(jīng)過乳液聚合得到的一種固相含量為30%~50%的水性乳液。膠乳加入水泥漿中,水泥漿失水,膠粒擠塞、充填于水泥顆粒間,使濾餅滲透率降低,還有一部分膠粒在壓差作用下在水泥顆粒間聚集成膜,進一步使濾餅的滲透率降低,充分保證了水泥漿的泵注流動性和頂替效率。膠乳水泥漿具有低失水、直角稠化、防止氣竄等特點,還能改善界面膠結(jié)性能。2.1失水量:100m對4組水泥漿進行了失水實驗(見表1),水泥漿配方如下。可以看出,其失水量都不大于100mL。1#G級水泥+降失水劑F+水2#G級水泥+降失水劑F+膠乳T+水3#G級水泥+降失水劑F+緩凝劑R+水4#G級水泥+降失水劑F+膠乳T+緩凝劑R+水2.2水泥漿靜膠凝強度的變化采用氣竄分析儀分別測試4組對比實驗在不同溫度下的氣竄性能,結(jié)果如表2所示。圖1、圖2分別為1#和2#配方的靜膠凝強度發(fā)展曲線。用超聲波方法測量水泥漿的靜膠凝強度,4組對比配方的水泥漿靜膠凝強度過渡時間都較短(9~14min)。實驗結(jié)果表明,1#和3#配方水泥漿在測試條件下均發(fā)生了氣竄;而2#和4#配方水泥漿在測試條件下均未發(fā)生氣竄。降失水劑F主要是通過降低水泥濾餅的滲透率來控制其失水量,1#和3#配方水泥漿不能有效抑制水泥漿內(nèi)流體的運移。而2#和4#配方水泥漿由于摻有膠乳T,膠乳能穩(wěn)定地分散在水泥漿中并成膜,起到限制氣體在水泥漿中運移的目的,提高了水泥漿的防氣竄能力。圖3、圖4分別為1#、2#配方水泥漿在80℃下的流體竄流圖。可以看出,1#配方水泥漿發(fā)生了氣竄;2#配方水泥漿未發(fā)生氣竄。3水泥漿體系流變性分析龍崗62井是以了解龍崗西地區(qū)長興組、飛仙關組的含油氣性,擴大龍崗地區(qū)礁、灘氣藏勘探領域為目的的一口重點預探井,設計井深為6570m,裸眼封固段長,安全密度窗口小,井漏和氣竄風險并存,施工難度大;小井眼、環(huán)空間隙小,固井施工摩阻大,泵壓高,注替過程中易誘發(fā)井漏,影響施工安全,施工難度大;重合段長,巖屑不易被清除,頂替效率低,固井質(zhì)量難以保證;井底溫度高、溫差大,水泥實驗難度大,要求水泥漿具有抗高溫、防硫、防氣竄的性能,稠化時間及水泥漿流動度既要滿足施工安全,防止喇叭口超緩凝,又必須滿足強度的要求。室內(nèi)使用超聲波方法測試龍崗62井現(xiàn)場快干膠乳水泥漿配方的靜膠凝強度,水泥漿在靜膠凝強度達到48Pa時開始測竄。圖5為龍崗62井快干膠乳水泥漿體系流體竄流情況。從圖5可以看出,現(xiàn)場水泥漿的竄流試驗未發(fā)生氣竄,膠乳水泥漿具有較好的防氣竄性能。施工過程順利,沒有發(fā)生漏失和氣竄。全井段固井質(zhì)量為水泥膠結(jié)優(yōu)良井段為48.9%,水泥膠結(jié)中等井段為34.3