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泥浆转化为水泥浆固井技术

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泥浆固化 钻井废弃泥浆 泥浆试验 泥浆固化技术
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第 18 卷   第 4 期1996 年   11 月西 南 石 油 学 院 学 报18   4 1996泥 浆 转 化 为 水 泥 浆 (M 和 平(图 书 馆 )摘 要   M 术 是 一 项 新 技 术 。 它 把 钻 井 液 转 化 成 水 泥 浆 用 来 固 井 ,可 改 善 水 泥 环 的 层 间 封 隔能 力 ,提 高 环 空 内 泥 浆 的 顶 替 效 率 ,降 低 固 井 成 本 。 文 中 介 绍 了 M 术 的 发 展 概 况 ,泥 浆 转 化的 四 种 方 法 ,M 泥 浆 的 设 计 ,M 技 术 、 经 济 优 势 ,以 及 M 术 的 应 用 范 围 。主 题 词   钻 井 泥 浆 ;水 泥 浆 设 计 ; 固 井 ; 固 化 钻 井 泥 浆中 图 法 分 类 号   56 ①1   M 展 概 况把 钻 井 液 转 变 成 水 泥 浆 固 井 ,已 是 石 油 工 业 50 来 感 兴 趣 的 课 题 。 改 善 套 管 与 井 壁 间的 环 空 地 层 隔 离 ,一 直 是 追 求 该 项 技 术 的 主 要 原 因 。 自 本 世 纪 50 年 代 后 ,人 们 开 始 研 究 用钻 开 地 层 的 钻 井 液 转 化 为 水 泥 浆 进 行 固 井 的 方 法 。 1970 年 , 提 出 了 一 种 以 波 特兰 水 泥 为 基 本 组 分 的 配 方 ,该 配 方 很 复 杂 ,并 对 温 度 十 分 敏 感 ,分 散 性 较 差 ,但 还 是 被 一 些 油田 所 采 用 。 1975 年 , 提 出 了 另 一 种 配 方 ,是 利 用 以 镁 为 基 本 组 分 的 钻 井 液 ,它 的 应用 限 定 于 一 种 特 殊 的 镁 基 钻 井 液 。 泥 浆 转 化 为 水 泥 浆 最 早 的 实 例 是 1985 年 提 出的 。 80 年 代 末 ,美 国 壳 牌 开 发 公 司 致 力 于 研 究 矿 渣 转 化 技 术 ,1991 年 开 始 在 施 工 现 场 使 用这 一 工 艺 ,尔 后 又 将 该 技 术 应 用 于 具 有 风 险 性 的 井 上 ,在 技 术 和 效 益 上 都 获 得 成 功 。 由 于 性能 优 异 的 分 散 剂 和 有 机 促 凝 剂 的 开 发 ,高 炉 矿 渣 泥 浆 转 化 技 术 的 采 用 ,现 已 形 成 了 以 代 表 的 波 特 兰 水 泥 转 化 技 术 和 以 代 表 的 矿 渣 转 化 技 术 ,使 M 术 具有 真 正 的 工 业 实 用 意 义 。 在 某 些 应 用 场 合 下 ,M 术 可 以 完 全 代 替 波 特 兰 水 泥 固 井 。2   泥 浆 的 转 化 方 法泥 浆 转 化 为 水 泥 浆 又 称 为 固 化 钻 井 泥 浆 技 术 ,是 一 种 在 环 空 内 可 转 变 成 可 固 结 材 料 的钻 井 泥 浆 进 行 钻 井 和 固 井 的 方 法 。 国 外 主 要 采 用 以 下 四 种 方 法 :(1) 直 接 采 用 水 泥 或 活 性 硅 质 材 料 配 制 钻 井 泥 浆 ,当 钻 井 结 束 进 加 促 凝 剂 或 激 活 剂 ,使其 固 结 。 优 点 是 泥 饼 也 能 很 好 地 固 结 ,缺 点 是 这 种 泥 浆 密 度 太 高 ,影 响 钻 速 。(2) 采 用 普 通 钻 井 泥 浆 ,这 种 钻 井 泥 浆 具 有 适 量 的 可 水 化 材 料 ,当 钻 至 一 定 深 度 后 ,加入 水 泥 分 散 剂 和 促 凝 剂 ,使 勘 大 化 ,优 点 是 不 会 影 响 钻 井 速 度 ,缺 点 是 泥 饼 不 能 固 结 ,强 度 发展 慢 ,水 泥 在 泥 浆 里 的 分 散 均 匀 性 差 。(3) 用 可 交 联 聚 合 物 。 如 交 联 剂 、 粘 土 和 其 它 必 要 材 料 配 成 可 供 钻 井 是 循 环 的 泥 浆 ,固① 1995 — 12 — 29 收 稿井 时 用 一 特 殊 设 备 对 环 空 内 的 泥 浆 用 放 射 源 进 行 辐 射 ,使 钻 井 泥 浆 固 结 。 优 点 是 泥 饼 及 泥浆 都 能 形 成 强 度 很 高 的 固 结 材 料 ,缺 点 是 成 本 很 高 。(4) 使 用 普 通 的 水 基 泥 浆 。 先 用 氧 化 钙 和 活 化 剂 处 理 ,然 后 加 高 炉 矿 渣 (,大 约 每 入 114~ 1427 形 成 密 度 为 1198~ 2379 泥 浆 混 合 物 ,可 使 泥 浆 固化 。 其 优 点 是 稠 化 时 间 变 为 可 调 ,强 度 发 展 较 快 ,形 成 强 度 较 高 的 整 体 材 料 ,大 大 改 善 了 地层 隔 离 。3   M 泥 浆 的 设 计M 配 方 设 计 与 波 特 兰 水 泥 浆 相 仿 ,首 先 进 行 室 内 试 验 ,任 何 适 用 于 配 制 波 特 兰 水泥 浆 的 原 则 及 评 价 方 法 同 样 适 用 于 M 配 制 。 这 些 项 目 包 括 流 动 度 、 流 变 性 能 、 稠 化 时间 和 抗 压 强 度 ,以 及 滤 失 和 析 水 性 能 。3. 1   水 泥 浆 密 度浆 液 密 度 在 满 足 现 场 注 水 泥 作 业 和 所 需 抗 压 强 度 的 条 件 下 ,宜 选 用 适 当 低 一 些 的 密 度值 ,这 样 有 利 于 控 制 流 变 性 和 提 高 泥 浆 的 利 用 率 。 一 般 情 况 下 ,用 作 填 充 水 泥 的 M 泥浆 , 混 合 浆 液 的 浓 度 在 100~ 175 间 ,而 在 油 管 / 生 产 套 管 固 井 ,用 作 注 水 泥尾 浆 时 ,则 要 求 水 泥 的 浓 度 达 到 200~ 350 . 2   流 变 性 能泥 浆 的 流 变 性 ,是 通 过 泥 浆 稀 释 剂 (分 散 剂 ) 或 一 般 泥 浆 增 稠 剂 来 调 节 的 。 可 分 为 : ①化 学 稀 释 剂 或 反 絮 凝 剂 ; ② 加 水 稀 释 ; ③ 化 学 稀 释 与 加 水 稀 释 结 合 等 三 种 方 法 。 如 果 原浆 中 的 固 相 含 量 较 低 ,可 单 独 使 用 化 学 稀 释 剂 ;在 低 温 情 况 下 或 由 聚 合 物 配 成 的 泥 浆 ,就 加水 稀 释 ;而 对 速 凝 剂 含 量 较 高 的 分 散 式 灰 浆 ,经 常 采 用 化 学 稀 释 和 加 水 稀 释 相 结 合 。据 报 道 ,目 前 控 制 流 变 性 最 好 的 分 散 剂 是 磺 化 苯 乙 烯 和 马 来 酸 酐 聚 合 物 以 及 甲 酰 胺 和其 衍 生 物 。3. 3   稠 化 时 间 和 抗 压 强 度泥 浆 转 化 液 的 稠 化 时 间 和 抗 压 强 度 是 由 分 散 剂 和 添 加 的 促 凝 剂 来 控 制 调 整 的 。 促 凝 剂缩 短 了 波 特 兰 水 泥 转 化 液 的 凝 固 时 间 ,加 快 了 高 炉 矿 渣 的 水 化 ,使 其 稠 化 时 间 可 在 一 小 时 至数 小 时 范 围 内 调 节 ,缩 短 了 早 期 抗 压 强 度 的 形 成 时 间 。 通 常 在 泥 浆 中 加 入 肿 凝 剂 会使 砂 浆 的 塑 性 粘 度 、 屈 服 值 及 胶 凝 强 度 比 原 浆 高 ,而 常 用 的 木 质 素 磺 酸 盐 泥 浆 可 有 效 地 减 小粘 度 和 胶 凝 度 。 当 固 化 泥 浆 的 密 度 和 稠 化 时 间 在 适 当 的 范 围 内 时 ,其 抗 压 强 度 的 发 展 及 最终 掠 夺 抗 压 强 度 均 能 满 足 固 井 要 求 ,波 特 兰 水 泥 转 化 一 般 要 求 两 天 后 测 井 ,而 矿 渣 转 化 技 术则 按 正 常 时 间 测 井 。3. 4   失 水 控 制固 化 泥 浆 的 失 水 控 制 取 决 于 : ① 泥 浆 的 降 失 水 性 ; ② 泥 浆 降 失 水 剂 与 水 泥 或 相 容 性 。 一 般 是 泥 浆 失 水 控 制 好 ,固 化 液 的 失 水 控 制 也 好 。 但 一 些 好 的 降 水 剂 与 水 泥 或 相 容 ,而 导 致 泥 浆 固 化 液 的 失 水 增 加 时 ,则 要 求 加 入 额 外 的 降 失 水 添 加 剂 。4   M 泥 浆 的 技 术 、 经 济 优 势与 许 多 常 规 注 水 泥 相 比 ,M 泥 浆 具 有 一 些 技 术 、 经 济 上 的 优 势 。711第 4 期                       朱 和 平 :   泥 浆 转 化 为 水 泥 浆 (M . 1   M 技 术 优 势(1) 固 井 液 和 泥 浆 部 有 较 好 的 相 容 性 ,有 助 于 更 好 地 提 高 顶 替 效 率 。 通 常 在 钻 井 液 中只 加 矿 渣 活 化 剂 和 缓 凝 剂 ,就 可 获 得 改 善 流 变 性 的 效 果 。(2) 在 泥 浆 中 添 加 性 能 良 好 的 共 聚 物 分 散 剂 ,因 而 配 伍 性 良 好 ,减 小 水 泥 浆 与 泥 浆 、 隔离 液 相 混 时 发 生 的 絮 凝 现 象 ,显 著 提 高 了 水 泥 胶 结 质 量 。(3) 改 善 了 环 空 密 封 ,使 泥 饼 和 未 顶 替 走 的 泥 浆 固 化 ,形 成 了 牢 固 的 环 空 密 封 。(4) 泥 浆 污 染 对 液 态 和 固 态 的 转 化 浆 影 响 小 。 特 别 是 对 矿 渣 — 泥 浆 混 合 液 基 本 没 有 影响 。 屈 服 值 基 本 不 变 ,对 抗 压 强 度 、 界 面 密 封 、 剪 切 胶 结 强 度 的 影 响 也 减 到 了 最 小 。(5) 不 但 与 常 规 水 泥 一 样 能 有 效 地 防 止 套 管 腐 蚀 ,而 且 还 能 有 效 地 防 止 出 现 长 管 线 腐蚀 电 池 。(6) M 泥 浆 具 有 中 等 密 度 ,在 中 低 压 井 中 使 用 有 利 于 保 护 油 层 。(7)应 用 范 围 广 ,适 用 于 不 同 的 井 况 条 件 和 一 些 特 殊 的 固 井 作 业 。4. 2   M 经 济 优 势采 用 M 泥 浆 固 井 ,作 业 成 本 都 有 不 同 程 度 的 降 低 ,最 少 可 降 低 10 % ,最 多 可 降低 成 本 85 % 。 用 M 术 固 井 成 本 的 节 省 主 要 来 自 以 下 几 个 方 面 :(1) 可 节 约 水 泥 用 量 : 在 相 同 水 泥 浆 量 的 条 件 下 ,由 于 充 分 利 用 了 钻 井 泥 浆 ,M 泥 浆 比 常 规 水 泥 浆 节 约 40 % 的 费 用 。(2) 降 低 了 泥 浆 的 处 理 费 用 : 将 废 弃 钻 井 液 转 化 成 水 泥 浆 ,避 免 了 废 弃 钻 井 液 对 环 境的 污 染 ,而 降 低 或 节 省 处 理 环 境 污 染 的 费 用 。(3) 减 少 了 固 井 外 加 剂 的 费 用 : 由 于 充 分 利 用 了 钻 井 液 中 的 一 些 组 分 和 外 加 剂 ,M 浆 外 加 剂 比 常 规 水 泥 用 得 少 ,其 外 加 剂 费 用 可 减 少 10~ 15 % 。(4) 用 泥 浆 泵 代 替 固 井 泵 : 它 依 靠 钻 井 设 备 进 行 固 井 施 工 ,提 高 了 固 井 的 灵 活 性 ,省 去了 备 用 泵 的 费 用 。 用 泥 浆 泵 直 接 泵 送 ,缩 短 注 水 泥 作 业 时 间 ,减 少 井 场 设 备 和 人 力 。(5) 不 需 加 隔 离 液 : M 泥 浆 对 污 染 的 敏 感 性 好 。 一 般 用 清 水 即 可 ,有 时 不 用 隔 离液 就 能 固 井 ,每 口 井 可 节 约 隔 离 液 费 用 5000 美 元 左 右 。(6) 其 它 : 泥 浆 还 可 减 少 配 浆 用 水 ,降 低 材 料 的 运 输 、 服 务 成 本 。5   M 术 的 应 用鉴 于 上 述 的 性 能 及 优 势 ,M 术 主 要 用 于 以 下 作 业 :(1) 可 用 于 套 管 、 尾 管 注 水 泥 。(2) 可 用 于 双 层 无 油 管 井 固 井 。(3) 泥 浆 与 水 泥 污 染 严 重 的 井 固 井 。(4) 用 于 深 井 、 大 斜 度 井 及 水 平 井 注 水 泥 。(5) 用 于 易 窜 地 区 固 井 ,很 少 有 窜 槽 现 象 发 生 。(6) 对 中 低 压 井 和 长 封 固 段 小 间 隙 井 注 水 泥 。(7) 用 于 一 些 孔 隙 压 力 破 裂 压 力 相 差 很 小 的 地 层 注 水 泥 作 业 。(8) 地 层 压 力 异 常 低 ,又 有 硫 化 氢 腐 蚀 存 在 的 注 水 泥 作 业 。(10) 用 于 某 些 高 温 高 压 气 井 的 固 井 。811 西 南 石 油 学 院 学 报                                 1996 年(11) 还 适 用 于 高 温 315 ℃ 的 地 热 井 到 低 温 4 ℃ 的 深 水 开 发 井 。(12) 在 堵 漏 、 打 造 斜 塞 、 挤 水 泥 作 业 等 ,也 比 常 规 水 泥 具 有 更 大 的 优 点 。6   结 束 语M 术 研 究 目 前 虽 有 较 显 著 的 成 绩 ,但 尚 存 在 着 一 些 不 足 的 地 方 。 例 如 ,未 对 不 同产 地 的 高 炉 矿 渣 评 价 ,只 使 用 现 有 钻 机 设 备 存 在 一 些 问 题 ,被 转 化 的 泥 浆 必 须 单 独 存 放 ;高炉 矿 渣 2混 液 浆 对 地 面 管 线 及 设 备 的 污 染 ,以 及 现 场 试 验 方 法 、 混 灰 方 法 与 设 备 评 价 不 完 善等 ,还 有 待 改 进 。泥 浆 转 化 为 水 泥 浆 技 术 ,在 生 产 技 术 和 经 济 效 益 上 都 有 很 多 优 势 ,已 引 起 了 世 界 各 国 固井 工 程 技 术 人 员 的 极 大 重 视 ,随 着 M 术 的 不 断 完 善 和 发 展 ,它 将 得 到 广 泛 地 应 用 。参 考 文 献1   W N 04522   K M 45753   孙 展 利 ,邓 皓 . 泥 浆 转 变 为 水 泥 浆 的 室 内 研 究 1 钻 井 液 与 完 井 液 ,1994 ,11 (1) :18~ 22 ,364   吴 达 华 ,黄 柏 宗 ,裴 雁 1 泥 浆 转 化 为 水 泥 浆 技 术 综 述 1 钻 井 液 与 完 井 液 ,1995 ,12 (1) :69~ 785   K M ud 1993(10) :43~ 50911第 4 期                       朱 和 平 :   泥 浆 转 化 为 水 泥 浆 (M TC)
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