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可储存液体化水泥技术

沙林浩 徐鹏 汤少兵 冯望生 郭秋实

沙林浩,徐鹏,汤少兵,等. 可储存液体化水泥技术[J]. 钻井液与完井液,2023,40(5):637-643 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.05.013
引用本文: 沙林浩,徐鹏,汤少兵,等. 可储存液体化水泥技术[J]. 钻井液与完井液,2023,40(5):637-643 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.05.013
SHA Linhao, XU Peng, TANG Shaobing, et al.A storable liquid cement technology[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2023, 40(5):637-643 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.05.013
Citation: SHA Linhao, XU Peng, TANG Shaobing, et al.A storable liquid cement technology[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2023, 40(5):637-643 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.05.013

可储存液体化水泥技术

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.05.013
基金项目: 中国石油集团项目“海洋油气开发及工程关键技术研究”子课题“浅海大平台丛式井组优快钻完井技术研究”的部分研究内容(2021DJ2502)。
详细信息
    作者简介:

    沙林浩,高级工程师,1992年毕业于南京工业大学无机非金属材料专业,现在主要从事固井外加剂的研发与新技术新产品推广应用工作。电话 (022)66310330/13802042021;E-mail:shalh@cnpc.com.cn。

  • 中图分类号: TE256.6

A Storable Liquid Cement Technology

  • 摘要: 介绍了一种新型固井水泥浆——可储存液体化水泥。可储存液体化水泥是一种可在液体状态下稳定保存,并在需要时可凝结硬化的液体化水泥。该项技术可提前预制水泥浆,解决了传统固井水泥浆密度波动大的难题,实现水泥浆密度精确控制,满足路途遥远、现场施工极端困难条件下的固井需要。详细介绍了可储存液体化水泥的组成、性能、技术特点及应用领域。该水泥浆储存期间浆体稳定,储存期长,可达90 d以上。激活后的可储存液体化水泥在性能上与传统水泥浆性能相近,可满足40~180 ℃的水泥浆设计要求,水泥浆静胶凝强度过渡时间短,SPN性能系数低,有良好的防气窜性能。该水泥浆可在基地混配好,不用在现场进行混配,浆体配好后性能也会被“锁定”,会一直保持设计的性能。当水泥浆泵入井下后,才被激活,而后固化。

     

  • 图  1  水泥储存期与水化抑制剂加量和温度的关系

    图  2  2.01 g/cm3液体化水泥浆不同储期的XRD

    图  3  降失水剂用量与水泥浆失水量 的关系(90 ℃/6.9 MPa)

    图  4  激活剂用量与水泥浆稠化时间的关系

    图  5  缓凝剂用量与水泥浆稠化时间的关系

    图  6  温度与水泥浆稠化时间的关系

    图  7  储存期与水泥浆稠化时间的关系

    图  8  水泥浆超声波抗压强度实验曲线

    图  9  2种水泥石的SEM图

    表  1  悬浮剂的筛选实验结果

    悬浮剂水泥浆性能
    0.2%HYJ浆体很稠,1 h后出现大量游离液,水泥沉降
    0.4%HYJ浆体非常稠,水灰比为0.44时无法搅浆
    0.2%HZSN无悬浮作用
    0.1%H-1浆体较好,但6 h后出现大量游离液
    0.3%H-1浆体较稠,24 h后有少量游离液(10 mL)
    0.2%BXM浆体稳定,7 d后有少量游离液
    0.3%BXM浆体稳定,7 d后无游离液,但水泥浆比较稠
    0.2%RT-4浆体较稳定,24 h有极少量游离液
    0.3%RT-4浆体稳定,7 d后有少量游离液,但含气量高
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    表  2  激活剂的筛选实验结果(90 ℃、50 MPa)

    激活剂加量/%t稠化/min
    NaOH3>500
    5>500
    8>500
    Na2SO43>500
    8>500
    BXA-12480
    3325
    4215
      注:水泥基浆组成为100 gG级水泥+35 g水+0.2 g悬浮剂+0.8 g水化抑制剂+0.4 g分散剂;储存期为5~7 d;激活剂组成为100 g基浆+6 g水+激活剂。
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    表  3  分散剂的筛选实验结果

    分散剂t稠化/min
    (90 ℃/50 MPa)
    p24 h/MPa
    (90 ℃/常压)
    流动度/
    mm
    空白11223209
    CF40L11524225
    ASPF16927240
      注:水泥浆组成为100 gG级水泥+44 g水+1.6%分散剂。
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    表  4  BXF-200L对水泥浆降失水性能的影响

    BXF-200L/
    %
    不同温度(℃)下水泥浆失水量/mL
    60708090
    3.046444754
    3.537364550
    4.530283742
    5.028283034
      注:水泥浆组成为100 gG级水泥+44 g水+BXF-200L。
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    表  5  激活前可储存液体化水泥性能

    储存期/dφ300φ200φ100φ6φ3游离液/%
    0179130771180
    3210145801490.1
    7208139811170
    122171448713110
    282071438612100.2
    562101498813100.2
    902211489012110.1
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    表  6  激活后可储存液体化水泥流变性

    T/ ℃φ300φ200φ100φ6φ3
    27199148801914
    60109794383
    9096704063
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    表  7  液体化水泥激活后抗压强度实验结果

    水泥浆ρ/(g·cm−3)养护条件储存期/dp24 h/MPap7 d/MPa
    1#1.9090 ℃/常压322.729.0
    90 ℃/常压1623.630.6
    90 ℃/21 MPa2032.034.8
    2#1.9060 ℃/常压616.321.3
    60 ℃/常压1516.925.3
    3#1.5060 ℃/常压413.224.9
    60 ℃/常压1113.025.4
    60 ℃/21 MPa1316.527.6
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    表  8  可储存液体化水泥的SPN

    ρ/
    g·cm−3
    T/
    t稠化/
    min
    t30 Bc/
    min
    FL/
    mL
    SPN
    1.960352345361.23
    1.990247239401.87
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    表  9  激活后可储存液体化水泥的综合性能

    T/℃FL/mLt稠化/mint过渡/minp24 h/MPa游离液 /mL
    40303092016.00
    50382961516.50
    60402621217.70
    70403541018.60
    80422951020.40
    90523381023.70
    12040350830.10
    18045223533.80
      注:激活后水泥浆密度为1.9 g/cm3;水泥浆储存期为7 d。
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    表  10  可储存液体化水泥与传统水泥浆固井经济性对比

    水泥浆操作面积/
    m2
    占用面积/
    m2
    重量/
    kg
    总费用
    比较/%
    传统固井水泥浆744326 000100
    可储存液体化水泥浆352116 00038.6
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-03-10
  • 修回日期:  2023-04-21
  • 刊出日期:  2023-12-25

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