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新型促凝剂DWA改善固井水泥低温性能的实验-王成文[1]

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新型 促凝剂 DWA 改善 井水 低温 性能 实验 成文
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收稿日期:2010 -07 -12基金项目:教育部博士点基金项目( 20100133120004);国家“863”高技术研究发展计划项目( 2006国家科技重大专项课题(2009者简介:王成文(1976 -),男(汉族),四川广安人,副教授,博士,主要从事固井技术和油气井化学工程研究。文章编号:1673011)01瑞和1,彭志刚2,王爱国3,步玉环1(1. 中国石油大学石油工程学院,山东青岛 266555; 2.胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营 257017;3.中国石油大港油田博士后工作站,天津 300280)摘要:模拟深水固井低温环境,考察新型锂盐复合类促凝剂胶凝强度和抗压强度的影响。结果表明:促凝剂短水泥浆稠化时间,明显缩短稠度30 ~100 胶凝强度48 ~240 著提高水泥石早期抗压强度,表现出优异的低温早强、防窜性能,有助于解决深水固井面临的低温、浅层水-气流动难题; 水泥浆初始稠度无影响,是一种无副作用的新型多功能促凝剂。关键词:促凝剂; 固井水泥; 深水固井; 低温早强; 防窜; 静胶凝强度中图分类号:56. 7 文献标志码:A 0.3969/j. 673011.01.032on of by a U . 66555,. 57017,. 00280,of a of to of a WA on of WA at of of 0 Bc 00 Bc as as of 8 Pa 40 Pa,of WAs of at to of WA on of WA is a ey at 温度低至5 ℃时,常用固井水泥的主要矿物熟料硅酸三钙( 硅酸二钙( 化速率非常缓慢,水泥浆的低温性能无法达到低温固井要求[1深水海底泥线的低温环境,严重减慢固井水泥水化速率[3]。氯化钙( 凝剂[4]具有价格低廉、早强促凝作用强等优点,但泥初始水化放热很大,甚至出现“闪凝”现象;多羟基胺类、2011 年 第35 卷 中国石油大学学报(自然科学版) 5 第1 期 011过渡金属元素复合铁盐类、碱土金属氮化物类等促凝剂[5备较好的低温早强作用,但无法提高水泥浆的防窜能力。碱金属K+的盐是常用的促凝剂,属于碱金属,并且其半径小、极化作用强、水化半径大[7]。笔者依据碱金属类物质性能相似的原理和实验测试锂盐对水泥性能的影响,以自制的锂盐复合类促凝剂模拟深水固井低温条件下,测试胶凝强度和抗压强度的影响,并与相同加量条件下的析说明锂盐复合类新型促凝剂 实验原料与方法1. 1 实验原料实验原料包括胜潍利黄河固井公司提供)、促凝剂验室自制)、氯化钙(化学纯,中国医药集团上海试剂分公司生产) 和 石油渤星固井公司生产)。1. 2 实验方法按备水泥浆,通过低温恒温装置(上海恒平科学仪器有限公司生产)实现低温测试环境,用 阳固测井石油仪器研究所提供) 测定水泥浆稠化时间,用美国千德乐工业仪器公司生产的静胶凝强度分析仪( 265U 试水泥浆静胶凝强度和抗压强度,用自制 多功能养护釜养护水泥浆(工作温度为-10 ~90 ℃,工作压力低于30 用锡建材仪器厂生产)测试水泥石抗压强度。2 结果分析2. 1 于海水的逆温梯度以及海水与隔水管之间的对流热交换,使注水泥作业循环温度呈逐渐下降规律,通常表层段注水泥循环温度为10 ~15 ℃[8]。在模拟深水注水泥低温条件下,先通过测试凝剂加量对水泥浆性能的影响,确定出然后进一步比较 水泥浆体系:% 0. 3% 散剂(水灰质量比 0. 44)、G 级水泥 + 3% 0. 3%散剂(水灰质量比0. 44)在15 ℃和10 图1 和2 所示。图1 WA on 化钙对 凝剂 水泥浆初始稠度没有任何不利影响,而 c 以上,21 稠度又骤降至25 生严重的“闪凝”现象。对比图1 和图2 可知, 100 加100 明100 水泥浆表现出一定的“直角稠化”特性。2. 2 角稠化”性能,“直角稠化”水泥浆是防窜技术之一[9即水表层段固井作业中,表层套管下深一般都接近1. 0时井底静止温度大约在30 ℃[11为反映试 G 级水泥原浆(水灰质量比 0. 44)、G 级水泥 + 3% . 3% 散剂(水灰质量比0. 44)体系、G 级水泥+3% 0. 3% 散剂(水灰质量比0. 44)体系在30 ℃和14 61· 中国石油大学学报(自然科学版) 2011 年2 月静胶凝强度,如图3 ~5 所示。结果表明:①G 级水泥原浆静胶凝强度0 ~576 时间为251 中48 ~240 渡时间”为82 胶凝强度0 ~576 时间缩短为190 水泥浆却在7 a,这是凝”作用所致,与图2 所反映的现象一致,在图2 中水泥浆从12 稠度”状态,对应到图4 中则水泥浆7 且使水泥浆48 ~240 渡时间”比240 渡时间”延长,长达119 ,静胶凝强度0~576 时间进一步缩短为122 且48 ~240 渡时间”缩短至31 8 ~240 渡时间”变为. 65。图3 化钙对 明显促进 G 级水泥的静胶凝强度发展,并且显著缩短水泥浆静胶凝强度48 ~240 渡时间”。根据固井防窜理论,水泥浆静胶凝强度达到48 当水泥浆静胶凝强度达到240 层流体无法在水泥浆柱中运移,是地层流体窜流的结束时刻,减少水泥浆静胶凝强度48 ~240 3因此,5 WA on 3 3. 1 无损超声波技术测试抗压强度性能图6 ~8 分别为利用超声波抗压强度分析仪测试得到的胜潍灰质量比0. 44)、胜潍% . 3% 散剂(水灰质量比0. 44)体系、胜潍 G 级水泥 +3% 0. 3% 灰质量比0. 44) 体系在30℃和14 6 化钙对 G 级水泥原浆在262 始有强度,其6 252 215 始有强度,其6 h 抗压强度为0. 462 G 级原浆抗压强度提高了83. 33%;当61·第35 卷 第1 期 王成文,等:新型促凝剂211 加3% 体系6 822 相同条件下G 级原浆抗压强度提高了226. 19%,也比加3% 92%。因此,有优异的早强作用,显著提高水泥石早期抗压强度。图8 WA on 3. 2 不同低温下抗压强度性能深水表层段固井作业中,水泥浆从钻井平台混配后经隔水管注入套管与地层之间的环空,候凝温度从较低的泥线温度到较高的地层温度,为进一步反映促凝剂 促凝效果,测试了不同低温下促凝剂 级水泥浆(水灰质量比0. 44)抗压强度的影响,结果见表1。结果表明:促凝剂高水泥石抗压强度,并且当养护温度越低时,强度增大幅度越明显;在养护温度为4 ℃时,促凝剂着养护温度升高或者养护时间增加,此,在不同低温条件下,促凝剂 表现出优异的早强作用,其早强效果不低于1 WA of 抗压强度/h 24 h 48 抗压强度/h 24 h 48 抗压强度/h 24 h 48 . 44 - 0. 25 3. 82 - 0. 83 8. 24 0. 52 5. 14 13. 52% . 44 0. 70 2. 84 7. 88 2. 31 8. 87 20. 58 8. 89 17. 10 24. 83% 44 0. 65 2. 73 7. 55 2. 26 6. 52 17. 73 8. 70 15. 39 22. 613 结 论(1)锂盐复合类促凝剂 水泥浆初始稠度无影响,能缩短水泥浆稠化时间并使稠化曲线具明显的“直角稠化”特性。(2)促凝剂 促进水泥浆静胶凝强度的发展,并明显缩短水泥浆静胶凝强度 48 ~ 240 渡时间”,具有较好的防窜作用。(3)促凝剂 显著提高水泥石早期抗压强度,其6 级原浆的提高了226. 19%,比加 92%,表现出优异的早强功效。(4)锂盐复合类促凝剂有早强、防窜功效,并且对初始稠度无影响,是一种新型的多功能促凝剂。参考文献:[1] N. ]. 990:22] 王瑞和,王成文,步玉环,等. 深水固井技术研究进展[J].中国石油大学学报:自然科学版,2008,32( 1):77U et of ]. 2008,32(1):773] 王成文,王瑞和,步玉环,等.深水固井水泥性能及水化机制[J].石油学报,2009,30(2):280U et of ]. 009,30( 2): 2804] G, T, K,et in 571318A[P].19965] R, F. in 454004]. 20026] 俞琛捷,莫祥银,邓敏,等. 锂离子在混凝土碱集料反应过程中的作用[J]. 东南大学学报: 自然科学版,2009,39(1):127U O in,et of in ]. -·261· 中国石油大学学报(自然科学版) 2011 年2 月2009,39(1):1277] ,,,et of in 955220].20058] ,,,et A to ]. 3725,2003.[9] A, R. An of ]. 701,1976.[10] ,,. A ]. 8622,1989.[11] L, F,,et to ]. 7161,2004.[12] ,. by ].23738,2009.[13] T, L, G. of ]. 6475,1996.[14] R, D, E. of to ]. 0829,2004.(编辑 刘为清)(上接第158 页)[3] 程远方,张锋,王京印,等. 泥页岩井壁坍塌周期分析[J]. 中国石油大学学报:自然科学版,2007,31( 1):63of ]. 2007,31(1):634] 刘四海,蔡利山.深井超深井钻探工艺技术[J]. 钻井液与完井液,2002,19(6):116of ]. 002,19(6):1165] C, P, M. ]. 3455,1984.[6] 中华人民共和国能源部. 5241]. 北京: 石油工业出版社,1993.[7] 乔英杰,王慎敏,甑捷,等.抗高温抗盐降滤失剂 ].哈尔滨师范大学自然科学学报,2001,17(5):86ie,et on of ]. 001,17(5):868] 陈军海,陈勉,金衍,等. 确定泥页岩黏土矿物组分的新方法及对钻井液性能的优化[J]. 中国石油大学学报:自然科学版,2008,32(5): 58an,et of of of ]. 2008,32(5):589] , E, J. on ].0101,1982.[10] 邱正松,黄维安,徐加放,等. 改性多元醇防塌剂的研制及其作用机制研究[J]. 中国石油大学学报:自然科学版,2006,30(6):51U et of ]. 2006,30(6):5111] 吕开河,邱正松,徐加放. 强抑制性多元醇海水钻井液研究及应用[J]. 中国石油大学学报:自然科学版,2006,30(3):59 U of ]. 2006,30(3):5912] F.of ]. 8961,1995.[13] H W, G,et A to to ]. 6685,1989.(编辑 刘为清)·361·第35 卷 第1 期 王成文,等:新型促凝剂
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