低密高强水泥浆固井技术在吐哈油田研究与推广

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1、低密高强固井技术在吐哈油田的研究与应用吐哈石油钻采工艺研究院二零零四年十月项目负责人：王学良报告编写人：肖华项目参加人：吕金刚何湘清王学良常永铎李建忠秦静周芝琴肖华王恩合审核人：田军院总工程师：吕金刚院长:张彦平一、技术需求3二、低密高强水泥浆技术的理论基础3（-）紧密堆积理论4（―）体系机理分析6三、低密高强水泥浆体系与低压易漏长封固段固井技术研究四、低密高强水泥浆体系的室内研究14五、（-）与低密高强水泥浆配套应用的外加剂的研究（三）低密高强水泥浆综合性能实验低密高强水泥固井技术在吐哈油田的推广应用19

2、2123（一）、低密高强水泥浆体系（-）低压易漏长封固段固井技术研究（一）低密高强水泥浆技术与相配套的外加剂的研究1625（-）水泥浆室内试验情况27（二）现场应用情况六、现场施工存在的问题及下步措施30七、低密高强水泥浆体系固井实例分析31八、低密高强水泥浆体系固井效果评价3333九、认识与结论低密度高强度水泥浆（简称低密高强水泥浆）是采用紧密堆积理论研制出来的,其水泥石强度可与常规水泥浆相媲美，该技术已在世界57个国家成功运用了600多口井次，2003年在吐哈油田现场实施应用了7口井，占到吐哈油田全年勘

3、探开发井数的2.64%,2004年实施了共31口井，占到吐哈油田全年勘探开发井数的18.89%,2004年比2003年提高了接近16个百分点，同吋吐哈油田实施应用的井数也占到了世界应用总井数的6.31%,而且综合评价固井合格率达到100%,优质率达到70%以上。一、技术需求在勘探过程中，吐哈探区钻井遇到的最大难题之一是井下漏失问题，在胜火2井、沙试3井和温深1井表现得优为突出，在钻井过程中分别漏失2493.4m3（表层2458.9m3,油层34.5m3）＞884m3和1091.4m3,必须解决固井过程中的漏

4、失问题和满足投产后的酸化压裂要求。为了提高低压低渗油田的综合开发效益，在吐哈油田的开发井中推广了可循环微泡钻井液完井液技术，与之配套的固井完井技术对水泥浆提出了更高的要求。在丘东气田的产能建设中，固井工艺上要求全井水泥封固。考虑到气井密封的严格要求、分级注水泥固井施工工序繁杂，口要考虑到分级注水泥器质量问题，因此对于气井固井采用一次性固井工艺技术。低密度水泥浆是降低环空压力的主要措施，但充填型低密度水泥浆和漂珠低密度水泥浆水泥石的抗压强度低，无法满足油气层段的射孔要求及油气层改造的要求。在此基础上，提出了低

5、密高强水泥浆体系，其水泥石虽然密度低但强度可以和常规水泥浆相媲美，可以满足封固油气层的要求，同吋也降低了施工中的环空中的静液柱压力，从而降低压漏地层的风险。二.低密高强水泥浆技术的理论基础目前使用的漂珠低密高强水泥浆是在漂珠低密度水泥浆中，加入根据颗粒级配和紧密堆积理论研究的油井水泥增强剂配制而成的。增强剂是由较低密度、具有合理颗粒分布、富含硅质的胶凝材料组成，可以有效形成物料颗粒之间的颗粒级配和紧密堆积，其中的水化活性材料，还可以发生自身的凝硬性反应，并与水泥中的碱性物质发生胶凝反应。(一)紧密堆积理论设

6、颗粒直径为(半径为t),三个相邻颗粒堆积产生的一个空隙，其空隙截面面积：A=V3r2--r2-0.161r2(1~1)2空隙截面图由于n个颗粒构成n-2个空隙，则空隙度①为:0・1严(”-2)竺j_=4.9%(f(1-2)0.161r2(/7-2)+/?^r0.161+龙Mooney.De.Lcirreird提出线形堆积密度模型LineeirPackingDensityModelofgrainmixture(LPDM),对于多种不同直径颗粒的堆积密度的隐式方程如下：(1-3)C(r)=—1-(1-4)0(f

7、)1DJy(x)f(x/t)cbc-[1-Jy(x)g(t/x)cbcdI这里，A为随机堆积颗粒的相对粘滞系数，C(t)为颗粒混合物的堆积密度，t为颗粒直径，＜1和D分别为颗粒混合物的最小和最大直径，y(t)为混合物中不同的大小颗粒的分布函数(总积分数)，f(t)为松散效应函数，g(t)为墙壁效应函数,p(t)是非随机分布的高密度堆积颗粒的有效比堆积密度。对于简单二元系统，掺有微细胶凝颗粒(如矿渣微粉、微硅、超细水泥、一级粉煤灰等)的水泥浆体系，最大堆积密度①和最人堆积密度对微细胶凝粒子的体积分数Yp应用A

8、im和Goff模型计算如下:-YpYP=1_(1+0.9必/氏)(1_6)2_(1+0.9町//)(1_£。)(1-5)(1-6)式屮：dm—微细胶凝材料平均直径；de—水泥颗粒的平均直径；勺一水泥单一材料堆积时的空隙率，假定为0.45,一般水泥的比表面积通常为3000-3200cm2/g,则计算得到的颗粒平均直径为6.45um左右(设Pc=3.10/cm3),这样，系统的最大堆积密度取决于微细胶凝材料的粒径，