油井注水泥浆体系确定和调整原则

1油井注水泥浆体系的确定与调整原则2目录一、外加剂体系确定的基本要求———————————3二、水泥浆体系确定的系统工程概念—————————5三、外加剂体系确定基础资料的取得—————————6四、水泥浆体系确定的约束条件———————————9五、固井作业对水泥浆体系的基本要求————————11六、水泥浆体系的主要工程性能参数—————————12七、水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求—————15八、水泥浆体系性能参数与固井作业关系———————26九、水泥浆体系确定的影响因素———————————36十、外加剂的使用原则———————————————453层间隔绝,密封,无窜流符合返高设计足够的强度与耐腐蚀能力满足开采工艺,延长生产寿命支撑保护套管目的外加剂体系确定的基本要求体系确定首先要达到固井设计的质量要求，即：41.平衡失控——漏失与窜流2.置换不彻底，顶替不完全——窜槽3.腐蚀性体流体侵蚀——应力开裂,热应力崩溃外加剂体系确定的基本要求体系确定其次是在一定程度减少固井工程中的下列质量问题：5矿场生产关系水泥浆体系确定的系统工程概念钻井眼评价测井下套管注水泥质量评价后续作业用户控制(独立)服务公司(独立)测井公司控制(独立)独立控制方式很难保证固井质量6外加剂体系确定基础资料的取得1、由钻井设计中可知：井身结构、套管柱设计情况、水泥浆体系性能要求、水泥用量预算、固井工艺及质量要求等2、由固井设计中可知：基本钻井资料（包括实际的井身结构、完井方法、下套管前钻井液性能、钻井泵参数、钻井复杂情况的描述、井身质量等）、地质资料、套管实际设计情况、7外加剂体系确定的基础资料的取得2、由相临井的固井设计中可知：基本钻井资料（包括实际的井身结构、完井方法、下套管前钻井液性能、钻井泵参数、钻井复杂情况的描述、井身质量等）、地质资料、套管实际设计情况、实际水泥用量的计算、水泥浆设计（包括水泥浆实验、稠化时间曲线、水泥浆与钻井液相溶性实验情况、水泥浆与前置液相溶性实验情况、前置液与钻井液相溶性实验情况）等。8外加剂体系确定的基础资料的取得2、从固井前井场情况调查：包括目前井深情况、井口泥浆出口温度情况、泥浆体系情况、泥浆流变性情况等。9水泥浆体系确定的约束条件1.油藏特性要求(气、水、油流体性质，裸眼、射孔、筛选完井方式，酸化、压裂、聚合物驱、注水、热采开发方式的要求，主要体现在尾浆性能要求方面）2.地质条件限制（岩性、井深、井温、地层压力、孔隙压力、漏失压力、坍塌压力、地层水气等腐蚀性介质类型、钻井液条件——主要体现在体系选型、结构和设计条件方面）103.工艺条件可行性井眼几何尺寸、注水泥作业工艺方法、地面施工装备、配制手段、水泥浆混配条件、方式、密度控制能力、钻井液特性及处理能力、施工队伍素质、监控与事后评价技术主要体现在环空流体组成结构和性能要求方面4.成本限制外加剂与水泥的费用规定5.地区矿业开采法规主要是对剩余配浆液的处理环保要求等水泥浆体系确定的约束条件11固井作业对水泥浆体系的基本要求1.配制与注替过程中，保持可控的流动能力；2.井下温度、压力条件下，保持足够可泵时间和体系稳定性；3.静止后快速凝固并保持体积不变；4.凝固水泥石强度高、致密性好、抗腐蚀性强；5.有一定塑性、抵抗射孔震动和冲击。12水泥浆体系的主要工程性能参数1.旧标准:(GB-206-78)密度:g/cm3流动度:cm凝结时间：h:min初凝终凝抗折强度:MPa13水泥浆体系的主要工程性能参数2.API规范(APIspec.10)密度:g/cm3析水率：%自由水含量流变性：nk失水量：ml/30min.7MPa稠化时间(T.T):h:min液态动态平衡体系稳定性泵压排量及顶替流态设计性能波动安全施工14水泥浆体系的主要工程性能参数抗压强度MPa渗透率md对套管保护能力耐久性封隔能力测井响应固态15水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求确定的内容设计条件的确定（井温、压力、井眼几何尺寸）；水泥浆容积计算（返高、段长、充填量、灰量、水量、造浆率）；顶替液量（阻流环位置，套管内容积）；施工压力、排量及平衡校核（液体流变性、顶替流态、排量、压耗、井口压力）；作业时间与设备配置要求及注替顺序；水泥浆体系配方（外掺料、外加剂、工程性能参数指标）。16水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求确定的依据API规范（材质要求、试验手段与方法，标准测试项目）规范：Specification公告:BulletinISO-9001推荐方法:RecommendedPractice17水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求压力资料由测井方法，试油作业，开发测试，钻井液使用等获得油井的孔隙压力；由破压预测、漏失试验、钻井液使用获得的破裂或漏失压力；由钻井液使用、井壁稳定性观察、岩性实验获得的坍塌压力。18水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求温度资料API规范表及计算公式；实测完钻,开发井温度及井底温度；相临井情况；计算机模拟器。19水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求外加剂与水泥之间的相互作用市售外加剂与油井水泥，一般具有较好的适应性。但相同级别的油井水泥来说，是有差异的（见图相同厂家不同时间生产水泥的C3S含量变化）。20水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求外加剂与水泥之间的相互作用相同厂家不同时间生产水泥的C3A含量变化。21水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求外加剂与水泥之间的相互作用相同厂家不同时间生产水泥的SO3含量变化。22水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求外加剂与水泥之间的相互作用相同厂家不同时间生产水泥的比表面变化。23水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求外加剂与水泥之间的相互作用储存时间对水泥活性的影响。24水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求混合水对体系性能的影响固井作业时混合水的影响主要体现在水的矿化度方面。25水泥浆体系确定的主要内容、依据、要求外加剂资料与使用规则保持水泥浆的基本物理性能,达到需改善的性能指标,外加剂间具有良好配伍性；设计的水灰比下,体系不发生离析与沉降；初始稠度控制在30BC内；具有干混/湿混能力,干混在规定储存期内不失效;湿混易溶于水,不产生气泡,陈化混合液体对设计性能无明显影响；有一定加量可控范围,加入量,浓度波动,处理效能不与设计方向相反；指明适应水泥级别,成本合理；对人身环境无毒害,不腐蚀套管；注意外加剂对温度的敏感性和浓度的拐点等。26水泥浆体系性能参数与固井作业关系密度地层压力－－平衡防漏与防窜；固化强度－－支撑保护套管能力剪切固结强度（公认标准）增产措施有效程度、水力固结强度（非标准指标）致密性--层间隔绝能力≤0.1*10μm2外观收缩程度－－声波测井胶结指数10cm用水量与稳定性－－固相体积分数0.35～0.827例：水泥级别A`BCDEFGH水灰比0．460.460.560.380.380.380.440.38密度1.881.881.781.981.981.981.901.98体积分数0.410.410.3620.450.460.460.420.46造浆率0.7780.7780.8780.6980.6980.6980.7580.698核心要求：体系聚结稳定性浆体体积＝凝固体积调整原则：在规定水灰比下合理加入加重减轻材料及外加剂28水泥浆体系性能参数与固井作业关系流变性顶替流态要求－－达到设计流态下的临界排量；降低循环压耗－－受地层承压能力限制的流动阻力，泵注当量；地面施工密度控制－－好的流变性使配浆更容易；调整原则：BHCT下无沉降现象，固定剪切速率下粘度计读值不变。29水泥浆体系性能参数与固井作业关系析水率体系悬浮稳定性－－多相不稳定体系中固相受阻沉降速率V=2(ρs-ρw)g.ds2/9η——司托克斯公式；体系均匀程度－－上、下密度差，水化反应前后体积差别；强度一致性－－整体水泥柱的支撑与卸载能力；内部缺陷－－测井声波响应一致性；核心要求：析水率≤1.4%调整原则：增大液相粘度，增大固相比表面，合理调整外掺料的粒度级配。30水泥浆体系性能参数与固井作业关系失水量控制过剩自由水－－超过２５％水泥重量的自由水在水泥浆中运移引起的相态分离，凝固后的内部缺陷；动、静滤失造成设计性能改变－－液相损失，使原设计性能产生变化，流变性变差，稠化时间缩短，顶替流态改变，安全可泵性降低；水泥泥饼致密性变化－－液相体积减少引起的回落高度，进入产层引起的原始渗透率降低；水泥浆变形－形成进入地层缝隙的水泥浆，影响挤水效果：核心要求：100——150/30min.7MPa保持必要流变性；调整原则：与减阻剂或非增粘缓凝剂配伍使用，改善颗粒级配，形成表面护胶膜，依靠惰性材料合理级配堵孔，利用比表面电性吸附自由水。31水泥浆体系性能参数与固井作业关系稠化时间BHCT下可泵性变化－－安全可泵时间的长短；油井水泥质量－－净水泥浆基本物理性能是否符合要求；外加剂影响与可靠性－－单独或复配使用加量,浓度范围,单调性与反向异常检验；配方合理性检验－－曲线规整度反映水化特性优劣；核心要求:初始稠度≤30Bc,直角稠化时间≤40分钟；调控原则:按套管、尾管挤水泥规程、确定升温速率,BHCT尽可能接近作业条件,BHP按泥浆压力梯度与压耗梯度总和计算。32水泥浆体系性能参数与固井作业关系抗压强度加固套管柱的支撑载荷能力－－降低轴向载荷，提高径向承载能力；钻进与射孔时保护套管－－高强度与适当韧性吸收振动冲击能量；压裂时限制压力区域扩展－－使压裂能量在环空中损失减小，提高压裂效能；测井声波传播速度－－高强度，使声波反射能减小，衰减率大，测井响应好；核心要求：规定测井时间内，抗压强度≥14MPa调整原则：准确确定顶界BHCT，合理使用早强剂和缓凝剂。33水泥浆体系性能参数与固井作业关系渗透率致密率－－渗流能力（服从达西定律），限制流体通过能力；孔隙封闭程度－－抗渗透，抗浸湿特性，提高抗腐蚀能力；核心要求：1.4MPa，不渗透；调整原则：降低用水量和总化学收缩量，使用超细堵孔材料。34体系确定程序水泥浆体系性能参数与固井作业关系井场外加剂核实密度流变性要求析水要求失水控制要求稠化时间要求抗压强度要求井场水泥井场水满足不满足35水泥浆体系性能参数与固井作业关系体系组成结构冲洗液+领浆+尾浆+压塞液36水泥浆体系确定影响因素水泥浆体系确定确定计划配方设计注替计划体系基材选择作业类型井眼条件目的要求设备选择与施工计划各部分相互关连，影响设计方案对最终结果影响（好的计划是成功前提）的决定作用37水泥浆体系确定影响因素施工计划的科学依据井眼条件泥浆特性温度压力岩性井深致密性——失水析水完整性——诱裂流体特性——腐蚀敏感性储层——保护孔隙压力——防窜漏失压力——防漏地应力特征—防套管变形静止温度——热稳定循环温度——安全可泵段长温差—侯凝时间与强度安全窗口—密度与浆柱结构再处理能力顶替要求井壁稳定性密度与失水控制井底净化—流变性可调范围38水泥浆体系确定影响因素井眼条件（井深与井温）：决定水泥选型（级别、特性）岩性与压力：决定体系特征要求（密度、外掺料选择）压力与温度：决定设计实验参数，决定性能要求39水泥浆体系确定影响因素体系基材选择特殊需求防漏高密度低密度重晶石钛铁矿重质盐赤铁矿方铅矿赛璐珞石膏纤维柴油般土矿渣硬沥青微珠微硅膨润土珍珠岩硅藻土热稳防窜油层保护防腐酸溶石灰硅石树脂材料气密材料暂堵材触变各种外掺料配成不同体系各体系中外掺料有最佳配比要求外掺料合理搭配可提供最优性能合理使用外掺料可降低成本外掺料物化性能与外加剂使用密切相关外掺料理化性能需严格控制40水泥浆体系确定影响因素浆柱结构注替顺序泵压排量压力平衡控制防污隔离控制顶替流态要求安全作业要求注替计划41水泥浆体系确定影响因素单级分级延迟反循环套管注水泥尾管