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超高温高密度防腐防窜水泥浆

张福铭 肖伟 朱思佳 石礼岗 赵军

张福铭,肖伟,朱思佳,等. 超高温高密度防腐防窜水泥浆[J]. 钻井液与完井液,2024,41(4):506-514 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.012
引用本文: 张福铭,肖伟,朱思佳,等. 超高温高密度防腐防窜水泥浆[J]. 钻井液与完井液,2024,41(4):506-514 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.012
ZHANG Fuming, XIAO Wei, ZHU Sijia, et al.An ultra-high temperature high density corrosion inhibitive anti-channeling cement slurry[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2024, 41(4):506-514 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.012
Citation: ZHANG Fuming, XIAO Wei, ZHU Sijia, et al.An ultra-high temperature high density corrosion inhibitive anti-channeling cement slurry[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2024, 41(4):506-514 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.012

超高温高密度防腐防窜水泥浆

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.012
基金项目: 中海油田服务股份有限公司公司级项目“窄压力窗口提高固井质量关键技术研究”(YHB21YF002)。
详细信息
    作者简介:

    张福铭,高级工程师,1985年生,2008年毕业于大庆石油学院,主要从事固井水泥浆、前置液等方面的研究。电话 (010)84522115;E-mail:zhangfm3@cosl.com.cn

  • 中图分类号: TE256

An Ultra-High Temperature High Density Corrosion Inhibitive Anti-Channeling Cement Slurry

  • 摘要: 南海西部油田高温高压储层是南海万亿大气田的主力产区,乐东某区块目的层温度达210 ℃、压力系数为2.20~2.29、压力窗口仅为0.04~0.05,且存在CO2等腐蚀气体,勘探开发难度极大,其中超高温高密度防腐防窜水泥浆体系的研发是制约气田开发的关键技术之一。针对上述复杂井况,以还原铁粉、锰矿粉、不同目数硅粉等进行颗粒级配作为固相材料,以低活性MgO为晶格膨胀剂防止水泥环回缩,以特种胶乳为防腐、防气窜材料,以有机、无机插层聚合物为高温悬浮稳定剂等构建了耐温达220 ℃、防环空气窜、防CO2腐蚀的超高密度2.40~2.60 g/cm3水泥浆体系。室内评价结果表明,在CO2分压为50%、养护压力为100 MPa、养护温度为180~220 ℃的腐蚀条件下,腐蚀180 d后,抗压强度增加明显,是腐蚀前的3倍左右,渗透率略增加(<0.01 mD),水化产物由腐蚀前的硬硅钙石C6S6H转变为CaCO3、SiO2。220 ℃养护24 h后的抗压强度大于25 MPa,SPN值不大于0.5,稠化时间易调节,下灰时间不大于40 s,水泥石上下密度差小于0.01,满足现场施工要求。

     

  • 图  1  加重剂电镜图

    图  2  220 ℃下B30S不同加量下的水泥石线性膨胀率

    图  3  220 ℃下,B30S不同加量下的水泥石7 d抗压强度

    图  4  超高温高密度防腐防窜水泥浆稠化 时间与缓凝剂加量的变化规律

    图  5  2.50 g/cm3水泥浆稠化曲线(20 g R42L)

    图  6  2.60 g/cm3水泥浆稠化曲线(20 g R42L)

    图  7  2.50 g/cm3水泥浆在210 ℃下的稠化曲线

    图  8  4#配方不同腐蚀龄期下的外观及腐蚀深度

    图  9  4#配方不同腐蚀龄期下的扫描电镜图谱

    图  10  4#配方不同腐蚀龄期下的XRD图谱

    表  1  不同加重剂对水泥浆性能的影响

    加重剂 ρ加重剂/
    g/cm3
    下灰时间/s
    (4000 r/min)
    p24 h/
    MPa
    220 ℃、
    21 MPa
    旋转黏度计
    转速(90 ℃)/
    (r/min)
    200目
    赤铁矿粉
    4.90 75 29.9 >300(φ300

    1200目
    赤铁矿粉
    4.90 120未下完 30.5 >300(φ200
    还原铁粉 7.20 38 25.9 221(φ300
    锰矿粉 4.85 53 32.1 291(φ300
    API重晶石 4.30 120未下完 31.0 >300(φ100
    30%锰矿粉+
    95%还原铁粉
    6.45 30 27.9 277(φ300
      注:水泥浆配方100%SD-G+0.5%DF66L+4%R42L+2%F45L+7%FL80L+8%GR7+2%SA56L+加重剂+20%100目硅粉+30%800目硅粉+3%B30S+F/W ,密度为2.50 g/cm3
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    表  2  锰矿粉与还原铁粉复配在不同养护龄期下的抗压强度

    锰矿粉/
    %
    还原铁粉/
    %
    p24 h/
    MPa
    p20 d/
    MPa
    P34 d/
    MPa
    SVF/
    %
    下灰
    时间/s
    010025.923.55138
    309527.928.629.45130
    508726.232.230.85145
    1006627.832.734.55155
      注:水泥浆配方100%SD-G+0.5%DF66L+4%R42L+2%F45L+7%FL80L+8%GR7+2%SA56L+加重剂+20%100目硅粉+30%800目硅粉+3%B30S+F/W ,密度为2.50 g/cm3
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    表  3  超高温高密度防腐防窜水泥浆体系基本性能

    配方SVF/
    %
    t下灰/
    s
    φ300/φ200/φ100/φ6/φ3FLAPI/
    mL
    Δρ/
    g·cm−3
    p24 h/
    MPa
    1#50.838270/198/121/17/1130.60.01029.1
    2#49.535291/206/118/12/734.80.02526.4
    3#51.030271/191/115/16/1032.00.00632.9
    4#51.940288/190/111/17/1224.20.01031.6
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    表  4  不同温度对稠化时间的影响(2.50 g/cm3

    T测试/ ℃R42L/gt稠化/min
    19020375
    20020307
    21020252
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    表  5  不同配方的SPN值及弹性模量

    水泥浆t稠化/mint过渡/minSPN值弹性模量/GPa
    1#29220.338.5
    2#26850.9810.4
    3#30730.508.1
    4#24930.427.6
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    表  6  不同腐蚀龄期下的抗压强度变化结果 MPa

    配方腐蚀前腐蚀7 d
    (180 ℃)
    腐蚀7 d
    (220 ℃)
    腐蚀180 d
    (180 ℃)
    腐蚀180 d
    (220 ℃)
    1#34.481.678.668.3115.5
    2#28.473.666.463.699.8
    3#32.875.569.171.0110.4
    4#29.170.067.499.2133.1
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    表  7  不同腐蚀龄期下的渗透率变化 mD

    配方腐蚀前腐蚀7 d
    (180 ℃)
    腐蚀7 d
    (220 ℃)
    腐蚀180 d
    (180 ℃)
    腐蚀180 d
    (220 ℃)
    1#<0.0010.0020.0030.0060.003
    2#<0.0010.0090.0060.0050.033
    3#<0.0010.0040.0050.0060.004
    4#<0.0010.0060.0040.0040.005
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-01-28
  • 修回日期:  2024-03-07
  • 刊出日期:  2024-09-30

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