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SFP弹韧性水泥浆体系在页岩气井中的应用_图文

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SFP 韧性 水泥浆 体系 页岩 气井 中的 应用 图文
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第39卷第3期2011年5月石 油 钻 探 技 术9 011..页岩气钻井完井技术专题◆ 0.3969/j.001—0890.2011.03.009 伟,丁士东,陶 谦(中国石化石油工程技术研究院,北京100101)摘要:页岩气藏因其储层物性差、孔隙度和渗透率低,开采难度较大,大都采用大型压裂技术才能获得产能,这就要求水泥环不仅要有很好的强度,还要有较好的弹塑性和韧性。为此,研制开发了弹塑性材料对其性能进行了室内测试。在室内试验的基础上,优选出了内模拟试验结果表明,该水泥浆具有较好的抗冲击性和较高的柔韧性。该水泥浆在黄页1井声139.7 井施工过程一切顺利,48 岩气目的层固井质量优质。关键词:页岩气固井弹韧性水泥浆水泥浆性能黄页1井中图分类号:献标识码:A 文章编号:1001011)03he of is to ty to by n of FP ad 39.7 mm 8 h ex—in ey 目前,国外页岩气大都采用水平井分段压裂技术开发,然而,页岩气井大型分段压裂对水泥环会造成很大的破坏作用:一是水泥环与套管的弹性和变形能力存在较大差异,当受到由压裂产生的动态冲击载荷作用时,水泥环受到较大的内压力和冲击力,引起水泥环径向断裂;二是压裂作业的冲击作用大于水泥石的破碎吸收能时,水泥环会破碎。水泥环被破坏将直接影响页岩气的开采。因此,页岩气井固井不仅要求水泥环有一定的强度,而且还要具备较好的抗冲击能力和耐久性。为此,笔者针对页岩气井固井需求研制开发了具有较高强度和弹塑性的 善材料抗冲击性能的方法一般通过增韧和止裂。对于水泥石,可以在水泥浆中添加适当的外加剂来改变水泥石的动态力收穑日期:2011_04—18;改回日期:20113。作者简介:谭春勤(1980一).女,2004年毕业于西南石油学院应用化学专业,工程师,主要从事固井技术研究工作。联系方式:(010)84988259,金项目:中国石化石油工程管理部科研项目。页岩气水平井固井完井先导试验”(缡号:分研究成果。万方数据石 油 钻 探 技 术学性能。因此,要增强水泥石的弹性,首先要研制水泥浆弹韧性外加剂。1.1 弹韧性水泥浆外加剂的研制1.1.1 制开发了一种经过表面改性的弹塑性材料材料与水泥浆配伍良好,能很好地分散到水泥浆体系中,对水泥浆体系的流变性基本没有影响(基本性能见表I)。表l l l 方1为嘉华.10%.50%.00%4.00%方2为配方0%l;配方3为配方1+5.00%方4为配方1+6.00%.1.2 其所形成的水泥石在50℃常压条件下养护,测试水泥石的抗折强度和抗压强度。最终优选出长度3,5和6 3种长度(经过表面改性)的聚丙烯纤维复合即为增韧性材料2为水泥基浆加入不同量表2可以看出,水泥基浆形成的水泥石相比,抗折强度与抗冲击韧性分别增长50%~70%和20%~33%。这是因为随机分布在水泥基体中的纤维彼此交叉,在水泥石内部形成一个与水泥石基体结构相互重叠的支撑网状体系,该网状体系有助于水泥石吸收受冲击时的动能,促进冲击能量由冲击部位向水泥石内部快速耗散,减少因局部能量蓄积导致的裂纹迅速扩展,提高水泥石的抗冲击性能。表2 on 017.8018.6019.017.6025.1025.4026.1026.2025.1024.801.311.521.501.601.561.651.351.551.531.611.601.671.371.521.551.601.561.641.2作用机理在水泥浆中添加弹塑性材料以改善油井水泥石力学性能,赋予油井水泥石一种可控塑性形变能力,增加水泥石抗冲击破碎性能,减轻水泥环在受冲击力作用时因应力集中造成的破裂伤害程度。在常规水泥浆内添加增韧剂在水泥石中形成三维网状结构,当水泥石受到外力作用时,利用增韧剂对负荷的传递,增加水泥石的抗冲击能力,就如同在水泥中加入了“钢筋”一样,使水泥变成“钢筋水泥”[1],增韧剂将水泥水化物紧密地粘结起来,从而起到“搭桥”作用和细微的“拉筋”作用,由此传递应力负荷、改善水泥环力学形变能力样就较好地解决了原有水泥浆固化后的脆性问题,从而提高水泥环的抗拉强度、抗内压强度、抗冲击性能,并且减少射孔时微裂纹的数量。为了提高水泥石的弹性,添加弹翅性材料水泥石受冲击力作用时,晶体颗粒作为水泥石的骨架结构,是冲击力的传递介质(水泥石未破碎前),该冲击力将传递到充填于其间的弹塑性粒子上,弹塑性粒子起缓冲作用,并吸收部分能量,提高水泥石的抗冲击性能[3]。1.3水泥浆配方的优选调整水泥浆性能试验标准,对添加过大量评价试验,初步确定6个这6个配方的水泥浆进行了综合性能评价,结果见表3。从表3可以看出,配方4为方数据第39卷第3期 谭春勤等.55‘注:基浆为嘉华.10%.00%4.0%方1为基浆+10..20%.15%方2为基浆+8..00%.20%方3为基浆+6.00%.70%.20%方4为基浆+5.00%.50%.20%.00%.90%.20%方6为基浆+2..20%2。2 弹韧性评价本土木工程学会自1984年起采用。该方法求当量抗折强度的具体步骤为:绘制出试件挠度达到L/150(的载荷一挠度曲线,并测出该曲线下的面积瓦;设此约定的挠度值为&。,在该曲线图上找出面积等于坐标为&。的一矩形所对应的纵坐标下式求取当量抗折强度,也称作弯曲韧性系数“],弯曲韧性系数越大,水泥石的韧性、抗弯曲性能越好。巩一揣0弯曲韧性系数,。为挠度为文。时载荷一挠度曲线下的面积,N·为试件跨度,b=L/150,为断裂截面平均宽度,mm;用德国1果见图1、图2。从250200Z 150枢锚10050 2 0 4 0 6 O 8 l 0 1.2挠度/ of 入载荷约150 图1可看出,消除自由挠度后的实际加载挠度仅为0.3 件断裂,且峰值小于250 N,后期无假塑裂纹扩展,充分反映了常规水泥石在起裂后裂纹快速扩展的过程,以及常规水泥石的脆性。对比图1和图2可以发现。荷高,水泥石的增韧止裂效果比较明显。图2 FP 21.50和8 613.20 见,与常规水泥浆相比,.2综合性能评价通过室内试验,优选出了综合性能良好的发了适合于页岩气井固井的4为不同配方表4可知,根据固井施工对稠化时间的要求,可通过调整缓凝剂的加量来满足固井施工要求。万方数据·56· 石 油 钻 探 技 术 201 1年5月注:基浆为豪华(;级水泥+5.00%.50%.00%0%4.00%;配方1基浆+0.10%方2为基浆十0.20%方3为基浆+0.30% 现场应用黔南坳陷是中国南方页岩气勘探的有利区块之一,黄页1井是中国石化在该区块页岩气勘探的第一口参数井。页岩气层主要集中于南部虎庄构造,下志留统地层油气显示非常活跃。该地区裂隙较发育。在钻井过程中,多次发生钻井液漏失,地层压力系数0.95~1.12,属正常压力系统,地温梯度2.0~理安放扶正器,保证套管居中度,提高顶替效率。3.3现场施工及固井质量该井生产套管固井施丁共注入均密度1.87 ,替浆27.5 替至21 口不返浆,碰压18 压凡尔关闭良好,关井候凝,候凝期满后环空无气窜。候凝48 密度测井检测显示l 568. 464.00 .5℃/100m。3.1井眼概况4 结 论黄页88 m,表层套管下深497 井≯139.7 井在钻进过程中分别在627.96~632.92和1 495.62~l 496.57 井液密度1.06 。,漏速为63 m3/h,属裂缝性漏失,最后采用胶质水泥堵漏成功,主要目的层为2 324. 387.50 1.2主要固井技术措施1)承压堵漏防止固井漏失。由于钻井时存在钻井液漏失,为了提高地层承压能力,满足固井施工要求,在下套管前采取了承压堵漏措施,使表层套管鞋处的承压当量密度达到2.71 。,井深665.00 1 。,井深1 500.00 2 。2)在同井施度1.08、黏度50 提高水泥浆的顶替效率。3)采用双密度水泥浆体系,双密度界面处于井深1 700.00 的层1 700. 488.00 6 。的求非目的层井深1 700.00 .40 .)微硅一漂珠水泥浆体系,以防止同井漏失。4)在井眼不规则、井径变化比较大的井段,合1)由于页岩气井需要进行大型分段压裂才能投产,因此要求页岩气井水泥环不但强度要高,而且要具有较好的抗冲击能力和耐久性。2)所研制的弹性材料上,韧性提高90%以上。3)优选出的且可以提高水泥环的动态力学性能和抗冲击破坏能力,适用需要大规模压裂页岩气井的固井。参 考 文 献[1]赵林,罗鸣.丁苯胶乳对油井水泥浆性能的影响研究天然气工业,2004.24(12):74.BR on ].004,24(12):74—76.[23李早元.郭小阳.杨远光.提高油井水泥环力学形变能力的途径及其作用机理研究[J].石油钻探技术.2004。32(3):44—46.he of of ].004。32(3):44—46.[33李早元.郭小阳.橡胶粉对油井水泥石力学性能的影响[J].石油钻探技术.2008.36(6):52.i of on dy—of ].008,36(6):52—55.[4]胡曙光.先进水泥基复合材料[M].北京:科学出版社。2009:124—126.].009:124一126.万方数据谭春勤, 刘伟, 丁士东, 陶谦, 中国石化石油工程技术研究院,北京,100101刊名: 石油钻探技术英文刊名: (期): 2011,39(3)被引用次数: 1次参考文献(4条)鸣 丁苯胶乳对油井水泥浆性能的影响研究[期刊论文]004(12)小阳;杨远光 提高油井水泥环力学形变能力的途径及其作用机理研究[期刊论文]3)小阳 橡胶粉对油井水泥石力学性能的影响[期刊论文]008(06)进水泥基复合材料 2009本文读者也读过(6条)1. 岩气网络压裂设计方法研究[期刊论文]9(3)2. 临界刊论文]9(3)3. 深1井页岩气藏特大型压裂技术[期刊论文]9(3)4. 岩气井场快速识别评价技术[期刊论文]3(10)5. 莫里斯·规模多级水力压裂技术在页岩油气藏开发中的应用[期刊论文]9(3)6. 韩宝中 页岩气钻井储层保护技术研究[期刊论文]4)引证文献(1条)里格气田大位移水平井钻井液技术[期刊论文]012(3)本文链接:
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