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水泥水化影响水合物层稳定性定量评价装置及影响程度的评测

马睿 步玉环 路畅 柳华杰 郭胜来 郭辛阳

马睿,步玉环,路畅,等. 水泥水化影响水合物层稳定性定量评价装置及影响程度的评测[J]. 钻井液与完井液,2024,41(2):246-255 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.02.015
引用本文: 马睿,步玉环,路畅,等. 水泥水化影响水合物层稳定性定量评价装置及影响程度的评测[J]. 钻井液与完井液,2024,41(2):246-255 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.02.015
MA Rui, BU Yuhuan, LU Chang, et al.A device for quantitatively evaluating the hydration of cement in impacting stability of hydrate layers and a case evaluation[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2024, 41(2):246-255 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.02.015
Citation: MA Rui, BU Yuhuan, LU Chang, et al.A device for quantitatively evaluating the hydration of cement in impacting stability of hydrate layers and a case evaluation[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2024, 41(2):246-255 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.02.015

水泥水化影响水合物层稳定性定量评价装置及影响程度的评测

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.02.015
基金项目: 国家自然基金“深水油气井固井水泥传质传热过程中浅层水合物稳定机理”(51974355)。
详细信息
    作者简介:

    马睿,博士研究生,1994年出生,现在主要从事固完井工程技术方面的研究工作。电话 18724763523;E-mail:marui2333@163.com。

    通讯作者:

    步玉环,E-mail:buyuhuan@163.com。

  • 中图分类号: TE256

A Device for Quantitatively Evaluating the Hydration of Cement in Impacting Stability of Hydrate Layers and a Case Evaluation

  • 摘要: 针对海洋深水水合物层在固井过程水泥水化放热对水合物分解量的影响缺乏量化评价装置及方法的问题,充分考虑固井过程中水泥浆体系与水合物层的接触方式,建立了一套模拟水合物层固井的水合物稳定性评价实验装置,该装置实现了低温高压下水合物的生成、带压条件下水泥浆与水合物层接触的流动泵入,直观地测试了与水合物层直接接触下的水泥浆水化放热对地层温度、压力的影响。根据设计的实验装置,通过对水合物饱和度、水合物分解气量的推导计算,建立了一套水合物模拟地层的制作方法,并建立了水泥浆水化影响水合物层稳定性评价方法。根据南海地区浅层地质条件建立了模拟水合物地层,泵入G级油井水泥净浆、低密水泥浆体系和低热水泥浆体系等3组水泥浆体系,得出单位体积油井水泥候凝过程中分解水合物的气体的量分别为0.7356、0.1091和0.0649 mol/L,且评测表明,低热水泥浆体系能够大幅度缩短固井候凝的等待时间。该研究为油气固井过程中对浅层水合物的影响提供了直观测试方法,也证明了海洋深水水合物地层中使用低热水泥浆体系的必要性。

     

  • 图  1  水泥浆水化影响水合物层稳定性评价装置示意图

    图  2  水泥浆水化影响水合物层稳定性评价装置

    图  3  不同类型水合物的外观形貌

    图  4  水泥在水合物层上部凝固后的外观

    图  5  不同水泥水化时体积变化率曲线

    图  6  不同水泥在水合物层水化温压变化曲线

    表  1  水合物层固井实验用水泥配方

    配方G级水
    泥/%
    降失水
    剂/%
    分散
    剂/%
    微硅/
    %
    漂珠/
    %
    早强
    剂/%
    储能微
    球/%
    水固
    1#1000000000.5
    2#1002.01.012.512.5000.5
    3#1002.01.012.512.50.2520.00.5
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    表  2  水合物层固井实验用水泥性能

    配方ρ/
    g·cm3
    p24 h/
    MPa
    t稠化/
    min
    水化温度峰值/℃水化热/
    J·g−1
    沉降稳定性/
    g·cm−3
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    20 ℃4 ℃
    1#1.920>60092.347.7283.46<0.022026.48
    2#1.500>60066.940.9208.41<0.022318.88
    3#1.513.629547.631.1161.39<0.029713.32
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    表  3  3组水合物稳定后模拟地层实验数据

    配方釜内温度Ti/K釜内压力pi/MPa水合物饱和度S/%
    1#276.554.9936.94
    2#277.155.0036.80
    3#276.885.0136.75
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    表  4  水合物层水泥候凝实验数据

    配方水合物稳定后的釜内温度Ti/K水合物稳定后釜内压力pi/MPa$t$时刻釜内压力pt/MPat时刻釜内温度Tt/K水泥体积变化率λ单位体积水泥浆水化分解气量/(mol·L−1
    1#276.554.996.95281.95−0.01970.7356
    2#277.155.005.29278.55−0.00810.1091
    3#276.885.015.17277.05−0.00510.0649
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-11-29
  • 修回日期:  2024-01-08
  • 网络出版日期:  2024-05-23
  • 刊出日期:  2024-03-30

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