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低摩阻耐压防漏低密度水泥浆固井技术

王鼎 万向臣 杨晨

王鼎,万向臣,杨晨. 低摩阻耐压防漏低密度水泥浆固井技术[J]. 钻井液与完井液,2022,39(5):608-614 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.012
引用本文: 王鼎,万向臣,杨晨. 低摩阻耐压防漏低密度水泥浆固井技术[J]. 钻井液与完井液,2022,39(5):608-614 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.012
WANG Ding, WAN Xiangchen, YANG Chen.Well cementing with low friction pressure resistant leaking preventive low density cement slurry[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2022, 39(5):608-614 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.012
Citation: WANG Ding, WAN Xiangchen, YANG Chen.Well cementing with low friction pressure resistant leaking preventive low density cement slurry[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2022, 39(5):608-614 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.012

低摩阻耐压防漏低密度水泥浆固井技术

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.012
详细信息
    作者简介:

    王鼎,工程师,1988年生,2014年7月毕业于长江大学,获得硕士学位,现从事固完井技术研究工作。电话 15891390539 ;E-mail :wdcd2011@126.com

  • 中图分类号: TE256.6

Well Cementing with Low Friction Pressure Resistant Leaking Preventive Low Density Cement Slurry

  • 摘要: 长庆苏里格气田刘家沟组地层承压能力低,现有低密度水泥浆体系耐压性能差,受压后密度上升、流变性能差,施工压力高,易发生漏失,造成水泥浆返高不够、封固段固井质量差。为此设计研发了一种低摩阻耐压防漏低密度水泥浆体系,运用紧密堆积理论进行水泥浆四级颗粒级配,优选耐压性能优良的减轻材料,选用合适的外加剂形成低摩阻耐压防漏低密度水泥浆配方。水泥浆密度为1.25~1.35 g/cm3,范宁摩阻系数降低约50%;耐压性能良好,防漏效果明显,综合性能优良。开展混拌工艺研究,采用纯机械混拌工艺,混拌大样与小样性能吻合率达到99%,保证了混灰质量和效率。在苏里格气田试验应用4口井,固井施工正常,未发生漏失,固井质量合格;施工压力明显降低,固井质量显著提升,为低压易漏地层固井提供有力的技术支撑。

     

  • 图  1  减轻材料破碎率与施加压力关系曲线

    图  2  体系粒径累计分布曲线

    表  1  YB-G水泥的粒度分布

    粒径/
    μm
    粒度累计
    频度/%
    粒径/
    μm
    粒度累计
    频度/%
    粒径/
    μm
    粒度累计
    频度/%
    ≤0.41 0.47 ≤11.04 40 ≤42.09 90
    ≤1.00 5.00 ≤14.98 50 ≤62.38 97
    ≤1.75 10.00 ≤19.08 60 ≤73.88 98
    ≤4.33 20.00 ≤23.94 70 ≤104.70 99
    ≤7.46 30.00 ≤30.75 80 ≤150 100
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    表  2  YB-G水泥最紧密堆积粒度分布

    粒径/
    μm
    堆积粒度
    累计频度/%
    粒径/
    μm
    堆积粒度
    累计频度/%
    粒径/
    μm
    堆积粒度
    累计频度/%
    ≤0.41 13.98 ≤11.04 41.91 ≤42.09 65.47
    ≤1.00 18.82 ≤14.98 46.40 ≤62.38 74.64
    ≤1.75 22.68 ≤19.08 50.29 ≤73.88 78.97
    ≤4.33 30.68 ≤23.94 54.24 ≤104.70 88.71
    ≤7.46 36.77 ≤30.75 58.96 ≤150.00 100
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    表  3  水泥浆基浆配方

    配方 材料配比 水灰比 ρ/(g·cm−3
    1# 12%JQ-1+8%JQ-2+
    55%YB-G+25%TC-4
    0.65 1.25
    2# 11%JQ-1+6%JQ-2+
    58%YB-G+25%TC-4
    0.64 1.30
    3# 10%JQ-1+5%JQ-2+
    60%YB-G+25%TC-4
    0.62 1.35
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    表  4  水泥浆配方基础性能

    水泥浆 ρ/
    g·cm−3
    初始稠度/
    Bc
    t稠化/
    min
    FL/
    mL
    游离液/
    %
    1# 1.25 15 246 56 0.2
    2# 1.30 16 239 52 0.2
    3# 1.35 15 253 50 0.2
    水泥浆 p24 h/
    MPa
    (45 ℃)
    p48 h/
    MPa
    (45 ℃)
    p24 h/
    MPa
    (75 ℃)
    p48 h/
    MPa
    (75 ℃)
    流动度/
    cm
    1# 6.5 9.7 8.7 12.6 21.0
    2# 7.1 10.5 9.2 13.1 21.5
    3# 7.4 10.9 9.3 13.4 20.5
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    表  5  水泥浆承压前后性能

    水泥浆 P/
    MPa
    ρ/
    g·cm−3
    稠度/
    Bc
    流动度/
    cm
    n K/
    Pa·sn
    范宁摩阻
    系数f
    常压 1.30 14 21.0 0.47 0.92 0.0356
    40 1.47 20 17.0 0.36 3.60 0.0714
    常压 1.30 15 21.5 0.61 0.42 0.0323
    40 1.32 16 20.5 0.60 0.48 0.0347
      注:水泥浆体系Ⅰ为轻珠低密度水泥浆,水泥浆体系Ⅱ为低摩阻耐压防漏低密度水泥浆;养护条件为80 ℃养护30 min
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    表  6  水泥浆的防漏性能

    水泥浆 不同漏层模型下的承压能力(稳压10 min)/MPa
    20目孔隙+
    1 mm缝隙
    20目孔隙+
    2 mm缝隙
    20目孔隙+
    3 mm缝隙
    3.6 2.1 0.9
    5.5 4.2 2.9
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    表  7  低摩阻耐压防漏低密度小样与混配大样性能对比

    样品 ρ/
    g/cm3
    初始稠度/
    Bc
    t稠化/
    min
    FL/
    mL
    游离液/
    %
    小样 1.30 16 239 52 0.2
    大样1 1.30 15 242 52 0.2
    大样2 1.30 16 238 52 0.2
    样品 p24 h/
    MPa
    (45 ℃)
    p48 h/
    MPa
    (45 ℃)
    p24 h/
    MPa
    (75 ℃)
    p48 h/
    MPa
    (75 ℃)
    流动度/
    cm
    小样 7.1 10.5 9.2 13.1 21.5
    大样1 7.0 10.3 9.3 13.0 21.5
    大样2 7.2 10.6 9.2 13.3 22.0
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    表  8  2种低密度水泥浆固井情况对比

    组号 井号 井深/m 垂深/m 施工压力/MPa 水泥返出情况 封固段合格率% 封固段优质率%
    A S 36-*-* 3532 3496 0-24-30 正常 99.54 98.97
    B S 36-*-*C4 3581 3500 0-28-33 正常 93.41 88.08
    A S 14-*-*C4 3792 3579 0-23-28 正常 98.26 93.67
    B S 14-*-*C2 3632 3581 0-28-33 漏失3 m3 91.99 85.75
    A S 14-*-*C6 3740 3646 0-23-28 正常 99.66 96.65
    B S 14-*-*C8 3836 3652 0-25-30 正常 97.26 87.71
    A SD51-*C2 3479 3161 0-22-27 正常 98.25 94.24
    B SD51-*C3 3342 3119 0-24-28 漏失5 m3 94.05 81.90
      注:A组为使用低摩阻耐压防漏低密度水泥浆,B组为使用轻珠低密度水泥浆
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-08
  • 修回日期:  2022-06-15
  • 刊出日期:  2023-01-10

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