超细低密度水泥浆的研制与应用.doc

--------------------校验:_____________--------------------日期:_____________超细低密度水泥浆的研制与应用超细低密度水泥浆的研制及其应用LG地区储层深,均为深井和超深井,岩性、压力来较大的风险和困难。长封固段带来大温差问题突系统复杂,,长裸眼段压力窗口窄,极易发生井漏。为实现平衡压力固井,采用了低密度水泥浆加常规密度水泥的浆柱结构,在确保主要目的层的封固质量的同时,还要求根据颗粒级配原理,实现漂珠、水泥、超细水泥、保证对上部气层实现有效封隔,这不仅需要“三高气井低密度水泥浆克服早期强度低,沉降稳定性差,渗透率较高等缺点,还要具有良好的防气窜性能,良好的防漏堵漏功能等特性,才能满足该地区固井的要求。LG地区固井技术难点:1)井深,封固段长,封固层位多,压力系统复杂,上部存在气层,钻井过程中从沙一段到东岳庙组均存在不同程度的气测异常或气侵的情况,防气窜难度大。 2)地层承压能力低,施工中高泵压极可能造成井漏,导致水泥浆返高达不到要求。必须采用正注反挤的工艺措施来保证全井封固质量,耗时费力,增加成本。3)气井封固段长,一次固井封固段经常出现在2000m以上,注灰量大,固井施工泵压高,给固井带来较大的风险和困难。长封固段带来大温差问题突出,井眼上部水泥石强度发展缓慢,影响电测质量。2 设计思路根据颗粒级配原理,实现漂珠、水泥、超细水泥、微硅等特种不同粒度分布的材料进行组合,优化设计各组分的比例,使之尽可能地达到高的体积堆积系数PVF值,实现紧密堆积。水泥颗粒的平均粒径为20~30μm,小于10μm的粒子不足,水泥粒子之间的填充性并不好。加入超细粒子粗细组合,可使堆积体的孔隙率达到很小的程度。在水泥中掺入超细掺和材料,如超细水泥,微硅粉等,可以大幅度地改善胶凝材料颗粒的填充性,提高水泥石的致密度、抗渗透性与水泥石强度。利用超细水泥细化后水化加快;强度发育更快;浆体更加稳定;水泥石更均匀、致密;填充性能更好;活性比微硅更高,不需要激活,低温下仍然能发挥强度等一系列物化性能改善的有利因素,取代一部分G级油井水泥,使低密度水泥浆的各项性能得到提高。 超细水泥及多元复合粉体特性研究按API标准方法完成超细水泥各项性能的检验。从表1中可以看出,相同水灰比条件下,超细水泥具有非常明显的高早强的特性,由于其颗粒小,凝结强度发展形态好,从48Pa到240Pa的过渡时间比表面积大,水化迅速且充分,使水泥的早期强度得以充分发挥,其优良的悬浮分散能力更有利于低密度水泥浆的稳定性。实验证明:超细水泥用于低密度水泥浆具有增加稳定性、提高早期抗压强度、降低渗透率等诸多优点。表1 超细水泥增强性能表(30℃)抗压强度MPa水泥W/,调整几种材料比例,使之达到较高的PVF值,最终调配各组分比例为超细水泥占基本水泥质量的7%~12%,漂珠的质量比为15%~35%的多元复合高性能低密度水泥浆体系,根据实验,~,能确保良好的浆体性能。该体系颗粒粒度分布曲线见图1。适当增加直径3~10m水化颗粒的比例,,使之较大程度地填充到上级颗粒的缝隙当中,起到密实的作用。 水泥浆工程性能研究超细水泥低密度水泥浆体系表2主要具有以下特点:①~;②水泥浆具有良好的流变性,较短的稠化过渡时间;③静胶凝强度发展形态好,从48Pa到240Pa的过渡时间小于20min,具有良好的防气窜性能;④API失水量小于50mL,由于SD18为非渗透成膜型降失水剂,密度水泥浆的稳定性。实验证明:超细水泥用于低超细粉体材料的加入起到充填密实作用,有效地控制失水;⑤水泥石强度更高,,水泥石75℃,24h强度高于14MPa;⑥该体系使用玻璃微珠能保证井底压力条件下水泥浆密度恒定不变的特点,使施工安全更有保障。从表3看出,该体系与常规低密度水泥浆相比,具有较好的流动能力和较低的滤失量,更高的早期强度。表2低密度水泥浆体系性能表(75℃)干混料外加剂密度流动度稠化时间API失水量抗压强度流变性表3不同低密度水泥浆体系性能比较表干混材料密度(g/cm3)流动度(cm)稠化时间(min)API失水量(ml)抗压强度【Mpa/(70℃·24h)】++ 水泥浆防气窜性能评价从表4中可以看出,该体系稠化过渡时间短,