HD28井超深井低密度水泥浆固井技术
超低密度水泥浆固井技术在煤层气井中的应用
超低密度水泥浆固井技术在煤层气井中的应用
超低密度水泥浆固井技术在煤层气井中的应用
敬倩;王海升;强明宇
【期刊名称】《中国石油和化工标准与质量》
【年(卷),期】2018(038)004
【摘要】煤层气井具有:井身浅、井底温度低、力学稳定性差等特点,采用常规水泥浆固井常出现稠化时间长、流动性差、失水量大、易污染、易发生气窜等问题.因此,试验超低密度水泥浆固井技术,以便实现低压固井,达到保护储层的目的则显得十分有必要.本文以山西晋城某区块13口试验井为例,介绍了超低密度水泥浆固井技术在煤层气井中的应用及取得的成果,希望可以为煤层气开发井固井工程提供一定的借鉴及思考.
【总页数】2页(185-186)
【关键词】煤层气井;固井;超低密度
【作者】敬倩;王海升;强明宇
【作者单位】中海油能源发展股份有限公司山西分公司,山西晋中030600;中海油能源发展股份有限公司山西分公司,山西晋中030600;中海油能源发展股份有限公司山西分公司,山西晋中 030600 【正文语种】中文
【中图分类】TE256
【相关文献】
1.适合煤层气井固井的低密度水泥浆体系 [J], 李明; 齐奉忠; 靳建洲; 于永金
2.超低密度早强水泥浆在天然气井固井中的应用[J], 魏周胜; 王文斌; 陈小荣; 韩湘义; 冯旺成; 肖纪石。
深井低密度水泥浆体系的研究
深井低密度水泥浆体系的研究
深井低密度水泥浆体系是指在深井钻井中使用的一种具有特殊性能的水泥浆体系。
由
于深井钻井的特殊环境，传统的水泥浆体系常常不能满足需求，因此需要对深井低密度水
泥浆体系进行研究和优化。
需要考虑深井环境下水泥浆的密度。
深井钻井中，常常需要使用低密度的水泥浆来填
充井眼，以减轻地层压力。
研究者需要寻找合适的添加剂，来降低水泥浆的密度，并且保
持其良好的流动性和硬化特性。
深井环境对水泥浆的温度也提出了很高的要求。
深井钻井中，水泥浆会受到高温的影响，因此需要研究耐高温的水泥浆体系。
研究者需要选择耐高温的材料，来保证水泥浆在
高温环境下的稳定性和硬化性能。
深井钻井中常常遇到高岩性地层，这对水泥浆的黏度和流动性提出了更高的要求。
研
究者需要寻找添加剂或改变配方，来提高水泥浆的黏度和流动性，以确保其能够在高岩性
地层中顺利运输和填充。
深井钻井中还需要考虑水泥浆的硬化时间和强度发展。
深井钻井往往需要很长的时间，因此水泥浆的硬化时间不能太长，需要尽快形成强度以支撑井筒。
研究者需要通过优化水
泥浆的成分和配方，来控制其硬化时间和强度发展，以满足深井钻井的需求。
深井低密度水泥浆体系的研究涉及到密度、温度、黏度和流动性、硬化时间和强度发
展等多个方面。
通过研究和优化水泥浆的配方和成分，可以满足深井钻井的特殊需求，确
保钻井作业的安全和顺利进行。
这对于深井开发和资源勘探具有重要意义。
低密度水泥浆固井技术探讨
低密度水泥浆固井技术探讨（大庆钻探钻井生产技术服务二公司，吉林松原138000）低密度水泥浆固井技术的基本原理就是利用水泥浆的低密度性质，发挥通过和填充性，对油井的周围进行有效的填充和密闭，由此保证油井的安全。
在低密度水泥浆的发展过程中，其比例设计和添加剂的合理使用成为了其发展的主要推动力，而且增加了强度的低密度水泥浆也在实际的应用中获得了成功。
标签：低密度水泥浆；配比设计；应用优势1 低密度水泥浆固井思路随着研究层面的拓展，微观力学和宏观力学的研究进一步通过密集堆积的理论，明确了用颗粒材料粒径大小分布调整来提高其宏观力学特性可能。
其原理就是通过对混合物质内的固体粒径的大小和分布状况的调整，使之合理分配和混合，让水泥浆的体系具备更加优良的填充效果，而且让各种粒径的材料实现更好的密集堆积效应，增加水泥浆更多的固相，由此增加水泥浆的性能指标。
这时低密度高强度水泥浆就应运而生了。
其组成不仅仅考虑到了原料的物理性能，也考虑到了水泥浆化学特性。
2 低密度水泥浆的配备设计在试验的过程中发现，低密度水泥浆的试验效果降低，尤其是强度的变化差异的主要原因就是，高速度的剪切和破碎对水泥造成的影响。
因此在低密度水泥的配备的时候，应当控制搅拌器的转速，控制在4000转每分钟，并控制搅拌的时间，这样就可以达到较为理想的试验效果。
研究人员为了使得整个水泥浆系统达到应用的标准，并提高效果，在试验中已经形成了一个系列化的密度配合方案，基本配比的组合形式为：G级石油井水泥，粉煤灰、漂珠、增加稳定剂、水。
在实际的应用中通过改变材料的比例和水量来实现对水泥浆密度的调整。
按照上面的组合形成的不同密度的水泥浆都可以实现固井要求，例如：试验中采用的60%水泥、25%粉煤灰、15%漂珠、2%外加剂，水：灰7:3，这样产生的水泥浆密度为1.43g/cm。
并且利用这一密度的水泥浆对某油田的3口油井进行加固处理，在施工结束后的检测中得到了较好的胶结数据，胶结良好的段占整个井的80%以上。
低密度固井水泥浆技术
Drilling & Oil Production Technology Institute
超低密度水泥浆体系存在的问题
超低密度水泥浆由于外掺料的大量掺入，致使水 泥浆密度的降低和水泥浆性能发生矛盾，突出 表现在以下几方面： • 1、水泥浆体系稳定性差，体系分层离析； • 2、水泥浆失水量难以控制； • 3、泥浆流变性差，泵送困难； • 4、水泥石强度发展慢，强度低，水泥浆石渗 透性高，易引起腐蚀性介质的腐蚀。 • 5、泡沫水泥浆和漂珠水泥浆等随着压力增大， 泡沫和漂珠易破碎，密度增加很快，所以在井 底条件下，水泥浆的实际密度有所上升。
Chengdu Do-well Petroleum Technology Ltd.
低密度固井水泥浆技术
50℃,25Mpa稠化时间252min
70℃,30Mpa稠化时间259min
• 水泥浆尽管密度很低，但水 泥石强度较高，而且稠化打 压时，稠度非常稳定
Drilling & Oil Production Technology Institute
drillingoilproductiontechnologyinstitute固井工程的特殊性2是隐蔽性工程主要流程在井下施工时不能直接观察质量控制往往决定于设计的准确性和准备工作的好坏受多种因素的综合影响
Drilling & Oil Production Technology Institute， Qinghai Oil field
(1)是一次性工程,如果质量不好,一般情况下难以补救; (2)是隐蔽性工程,主要流程在井下,施工时不能直接观察,质量控 制往往决定于设计的准确性和准备工作的好坏,受多种因素的综 合影响; (3)影响后续工程的进行;
深井低密度水泥浆体系的研究
深井低密度水泥浆体系的研究一、引言深水钻井作为目前石油勘探和开发的热点领域，对于水泥浆的要求也越来越高。
传统的水泥浆在深水环境下存在着密度大、加固效果差、分层严重等问题，因此需要研究开发新型的深井低密度水泥浆体系，以满足深井环境下的水泥浆需求。
二、深井低密度水泥浆体系的研究意义深井环境下的水泥浆需求不同于常规条件下的水泥浆，需要考虑密度低、加固效果好、抗渗透性高等特点。
研究深井低密度水泥浆体系具有重要的现实意义和应用价值。
三、深井低密度水泥浆体系的组成与性能1.成分深井低密度水泥浆体系的主要成分包括水泥、轻质填料、掺合料、分散剂、增稠剂等。
水泥是水泥浆的主要固化材料，轻质填料用于降低水泥浆的密度，掺合料用于改善水泥浆的加固效果，分散剂用于控制水泥浆的流变性能，增稠剂用于提高水泥浆的承载能力。
2.性能深井低密度水泥浆体系的性能主要包括密度、加固效果、抗渗透性等指标。
密度是衡量深井水泥浆体系的重要参数，一般要求在1.2-1.6g/cm3之间；加固效果是衡量深井水泥浆体系的另一个重要参数，要求水泥浆能够有效地封堵井壁裂隙，提高地层的稳定性；抗渗透性是衡量深井水泥浆体系的关键指标，要求水泥浆能够有效地抵御地层流体的侵入，保证井筒的安全稳定。
四、深井低密度水泥浆体系的关键技术1.轻质填料的选择选择合适的轻质填料是构建深井低密度水泥浆体系的关键技术之一。
常见的轻质填料包括珍珠岩粉、膨胀珍珠岩粉、膨胀硅酸盐粉等，这些轻质填料具有密度低、吸水性小、热膨胀系数小等优点，适合用于构建深井低密度水泥浆体系。
2.掺合料的应用掺合料能够改善水泥浆的加固效果和抗渗透性能，是构建深井低密度水泥浆体系的关键技术之一。
常见的掺合料包括粉煤灰、硅灰等，这些掺合料具有微粒细度、活性成分高等优点，能够有效地改善水泥浆的加固效果和抗渗透性能。
五、深井低密度水泥浆体系的应用展望深井低密度水泥浆体系在深水钻井、钻井液固井、油套管固井等领域具有广阔的应用前景。
低密度水泥浆固井技术研究
低密度水泥浆固井技术研究作者：杨吕超蒲超幸鑫席旦来源：《中国化工贸易·中旬刊》2018年第07期摘要：采用常规密度水泥浆封固低压地层容易产生漏失，固井质量差且伤害储层，因此笔者利用紧密堆积理论、颗粒级配技术以及正交试验配制一种低密度水泥浆。
室内实验结果表明：优选出的微珠低密度水泥浆综合性能良好，密度为1.40g/cm3，API失水量低于33mL，48h水泥石强度达到11.4MPa，上下密度变化值低于0.003g/cm3，沉降稳定性好。
通过总结完工的低压易漏井，开展了前置低密度钻井液、双级注水泥等其他防漏固井技术研究，有助于提高顶替效率和固井质量。
关键词：低密度水泥浆；水泥浆性能；颗粒级配；易漏固井1 颗粒级配技术研究1.1 紧密堆积理论水泥干混物的堆积体积百分比（PVF）是衡量颗粒之间达到给定密实状态时的相容能力。
PVF实际就是堆积密度与比重（绝对密度）的比值。
根据冯克满[1]等人对紧密堆积的研究，等径的小球按正六角形堆积时PVF可达0.74，而同种小球任意堆积的PVF是0.64。
当体系由不同粒度的颗粒组成，即粒度小的颗粒填入粒度大的颗粒之间的空隙时，拥有更高的PVF，水泥浆性能也更好。
这就是紧密堆积理论中颗粒级配的原理，如图1所示。
研制低密度水泥浆体系就是利用PVF最大化原理，通过加入减轻剂和不同粒径外加料进行颗粒级配，提高体系的堆积率，降低孔隙度和渗透率，增加浆体内的固相颗粒并提高水泥石的抗压能力，达到降低水泥浆体系密度和提高综合性能的目的。
1.2 颗粒级配模型颗粒级配技术是紧密堆积理论的重要应用，粗细集料的级配与充填减少集料的孔隙率，使堆积更紧密，改善其界面结合，减少水泥石形成孔洞。
根据冯克满等人对粒度级配的研究，在粒度大的小球（半径r1）中，引入次级粒度的小球（半径r2）进行级配。
每4个1级粒度小球构成1个空隙空间，这其中能填入的最大次级颗粒同时与4个大球相切，如图2（a）所示。
低密度高强度水泥浆在固井中的应用
低密度高强度水泥浆在固井中的应用摘要：针对油水井固井要求的不断提高，常规水泥浆固井已经不能够满足生产需要。
通过研究和多次的实验，研制出低密度高强度水泥浆。
本文介绍了该体系的机理、施工流程及现场实例并进行了总结。
关键词：水泥浆固井强度1 前言随着油田开发的逐步深入，老油区块由于经受长期的注采不平衡，导致整个地层压力体系发生变化，局部压力亏空，形成低压、易漏层位。
另外，一些井由于本身地层情况，承压能力极低，还有，由于对保护油井套管的角度出发，一些深井的水泥返深要求达到技套内，封固段一般都超过2200米，传统的固井技术己经很难满足要求。
为此，针对低压、易漏、长封段井情况，以紧密堆集理论为指导，研究出一种能满足低压、易漏、长封固段井及各种井况的低密、高强水泥浆体系。
2 体系机理该泥浆体系是一种以增强剂PZW为核心的低密高强度矿渣浆技术，它是通过对胶凝材料宏观力学与微观力学的研究并结合超细颗粒和粉未技术而形成的一项新的技术。
它通过对胶凝材料颗粒间化学键力与范德华力的研究，建立了范德华力与颗粒中心间距的关系而提出了紧密堆积理论。
紧密堆积理论以颗粒级配技术为依托，而PZW是具有合理颗粒直径分布（优选2种以上不同直径的颗粒）、富含硅质胶凝材料组成，可以有效形成物料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，并与矿渣中的活性物料发生胶凝反应，配合减轻剂漂珠，形成矿渣、漂珠、增强剂为主要组成物质的、具有合理颗粒分布的低密度高强矿渣浆体系完全能够克服普通低密度水泥浆的缺陷，减少矿渣浆游离液、失水量及矿渣古的收缩，缩短候凝时间，并提高矿渣石的抗压强度和均匀性，抗腐蚀和防气窜能力，并不使用温度和环境水质的限制；增强剂与矿渣一起使用，配制出密度1.20g/cm3受-1.45g/cm3的高性能低密度矿渣浆，其性能可与正常密度矿渣浆相媲美。
增强剂PZW表观性状为灰色固体粉未，密度为2.80g/cm3，比表面积为8000-12000，适用温度范围为20-200 ℃（BHCT）。
低密度高强度水泥浆在固井中的应用
｝ 密堆积理论 以颗粒级配技 术为依托 ，而 Ｐ Ｚ Ｗ是具有 合理颗 粒直径分布 （ 优 ２种 以上不 同直径 的颗 粒 ） 、 富含硅 质胶凝 材料组 成，可 以有 效形成物
；
》 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
敞压候凝 ３ ６ 小时 ，测声波变密度 ，检测 固井质量 。
｛
及较低的失水可满足不同 井的固 井施工要求。
４现场应用实例 以Ｌ Ｎ Ｘ Ｉ ７ 一ｌ ４ 井为例 。
４ ． １ 、基础 数据 ：完钻井深：１ ５ ３ ０米 ，，套管下深：１ ５ ２ ６ ． ９ ９米；泥浆 性能 ：密度 １ ． １ ４ ｇ ／ ｃ ｍ ３ 、粘度 ４ ９秒、 失水 ５毫 升、含 砂 ０ ． ３ 、切 力 １ ／ ３ 、 Ｐ Ｈ值 ７ ． ５ ；易漏失井段 （ 即火成岩井段 ）１ ４ ４ ０— １ ４ ６ ０米 、１ ４ ６ ５— １ ５ ３ ０米； 该区块在火 成岩井 段的破裂 压力 １ ９ Ｍ Ｐ ａ ，也 就是说在 火成岩井 段只要 泥浆 密度超过 １ ． ２ ４ ｇ ／ ｃ ｍ ３就会 发生井 漏。 ４ ． ２ 、要 求水泥返 至 ６ ０ ０米，实 际返 至 ５ ０ ９ ． ０ ３米，按 实际返高复算施 工 结束时火 成岩底 界即井底 １ ５ ３ ０米 处 的当量 泥浆密度 为 ｌ ＿ ２ １ ｇ ／ ｃ ｍ ３ 。该 井 的施工过程如下 ： 轻浆 ２ ５ ｍ ３ ＋药水前置液 ３ ｍ ３ ＋ １ ． ３ ０ ｇ ／ ｃ ｍ ３的低 密、高强矿渣浆 ２ ６ ｍ ３的 矿渣浆 ＋ Ｃ Ｍ Ｃ液 ２ ｍ ３ ＋泥浆 １ ４ ． ４ ｍ ３ ＋２ ｍ ３清水碰 压。
陬 整个地层压力体系发生变化， 局部压力亏空， 形成低 压、 易漏层位。 另外，
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HD28井超深井低密度水泥浆固井技术
HD28井是塔里木油田塔北项目部沙雅县境内的一口评价井，该井二开中完井深6365米，井底静止温度122℃，采用Φ200.03mm套管双级固井工艺，固井作业面临裸眼封固段长（一级封固3365米）、压力窗口窄、地层易漏、施工压力高等一系列问题。
介绍了HD28井基本情况，分析了技术难点，采取一系列的技术措施如一级领浆和二级使用漂珠低密度水泥浆体系，现场应用良好，经声幅测井解释固井质量优质，取得了较好的应用效果。
标签：超深井；长封固段；低密度水泥浆；双级固井
HD28井是塔里木油田在新疆阿克苏地区沙雅县境内的部署的一口评价井，二开中完井深6365米。
该区块地层压力低、承压能力低，属于低压易漏井固井。
研究出一套在高溫高压条件下不分层、不沉降、流变性良好、强度达到要求的低密度水泥浆体系及配套的固井相关技术，是保障固井施工安全、提高固井质量的关键。
1 HD28井基本概况
完井采用200.03mm套管双级固井工艺。
钻井液为聚磺钻井液体系，密度1.27g/cm3，漏斗粘度45s，失水 2.8ml，塑性粘度20mpa·s。
易漏失井段在4495-4695m，地层当量密度为1.35g/cm3。
该井最大井斜24.74°，裸眼井段平均井径256mm，平均井径扩大率6.43%。
2 技术难点
2.1施工工艺难点
①二叠系地层承压能力低，下套管及固井施工中存在井漏的风险；
②斜井斜度大，套管不宜居中，有套管贴边的风险，对固井质量造成影响；
③裸眼段长，循环阻力大，施工压力高，存在易漏地层，施工排量受限不容易实现紊流顶替。
2.2 技术措施
①合理设计分级箍位置及水泥浆浆柱结构，采用合适的施工排量，减少地层漏失的风险；
②优化扶正器的加放，确保套管居中度；
③采用平衡压力固井，優化设计施工排量，保持施工的排量和压力稳定，确
保施工及候凝整个过程的压力平衡，防止井漏等复杂情况的发生。
3 水泥浆体系设计
3.1 难点分析
长封固裸眼段对低密度水泥浆性能要求极高，采用Landy-30S漂珠作为减轻材料，由于大量外掺料的掺入，致使水泥浆密度的降低和水泥浆性能发生矛盾，突出表现在：
①由于水泥浆中减轻材料的存在，其与水泥浆颗粒比重相差较大，容易产生沉降分层，这样会破坏水泥浆柱的整体均持性，导致水泥石产生疏松凝结，影响水泥石胶结质量。
严重时可导致漂珠上浮、堆积，产生桥堵造成别泵，给施工造成很大风险；
②游离液和滤失水的产生将会使水泥浆拌合水明显减少，造成流变参数、稠化时间等浆体性能偏离设计值，影响顶替效率和施工质量；
③高压下空心漂珠进水后，水泥浆中液相含量减少，水泥浆流变性能变差，泵送困难，给施工带来风险；
④一级封固段长达3365m，上下温差达64℃，顶部低密度水泥石强度发展缓慢。
3.2 室内优选
颗粒级配：利用紧密堆积原理，在水泥浆中优化固相颗粒分布，采用三种不同尺寸的颗粒（水泥、漂珠、微硅）进行级配，通过调节混合固相的大小分布，改变固相的堆积体积分数，使不同粒径的固相颗粒形成合理级配。
水泥、微珠、微硅的粒径大小可用下面的关系表示：微珠粒径>水泥粒径>微硅粒径。
微硅的粒径在三者中最小，所以微硅可以很好的填充固相颗粒之间的空隙，达到提高单位体积中固相含量的目的。
此外，微硅还有一定降失水作用，并且具有一定悬浮性，能够增加浆体稳定性。
3.3 水泥浆配方
一级低密度水泥浆：干混：G级水泥+漂珠+微硅；湿混：淡水+降失水剂+缓凝剂+分散剂+消泡剂+纤维。
一级常规密度水泥浆：干混：G级水泥+硅粉+微硅；湿混：淡水+降失水剂+分散剂+消泡剂+纤维。
二级低密度水泥浆：干混：G级水泥+漂珠+微硅；湿混：淡水+降失水剂+缓凝剂+分散剂+消泡剂+纤维。
4 现场应用
固井施工过程：
①一级固井注入密度1.40g/cm3前置液7m3，1.45g/cm3低密度水泥浆29m3，施工压力12Mpa；注入1.88g/cm3常规密度水泥浆42m3，施工压力降至0Mpa；注入1.03g/cm3后置液2.5m3，注入1.70g/cm3加重钻井液100m3，1.27g/cm3钻井液57m3，施工压力由0升至16Mpa，碰压压力19Mpa；
②二级固井注入密度1.35g/cm3前置液7m3，1.45g/cm3低密度水泥浆73m3，施工压力由7Mpa降至2Mpa；注入1.03g/cm3后置液2.5m3，注入1.70g/cm3加重钻井液25m3，1.27g/cm3钻井液48.7m3，施工压力由0升至12Mpa，关孔压力22Mpa。
次固井施工过程顺利，各项指标达到设计要求，试压合格，经声幅测井验证，固井质量优质率为90%，满足固井质量要求。
5 结论
①井身质量好，井径规则，无大肚子及缩径井段，扶正器的作用得到了有效发挥，保证了套管的居中度，使水泥环分布均匀。
②采用双级固井工艺及低密度水泥浆体系，有效降低了固井施工中的漏失风险，从而保证了全井的固井质量。
参考文献：
[1]覃毅，赵旭，杨江，等.低密高强度水泥浆体系在漏失井固井中的应用[J].四川水泥，2016（11）：12.
[2]覃毅，高飞，张越，等.枯竭油气藏储气库X井低密高强度水泥浆固井应用实践[J].中国井矿盐，2015（4）：22-23.。