富满油田长封固段低摩阻超低密度水泥浆固井技术

杨昆鹏; 李鹏晓; 敖康伟; 张天意; 夏元博; 侯薇

doi:10.11911/syztjs.2023060

富满油田长封固段低摩阻超低密度水泥浆固井技术

杨昆鹏^{1, 2, 3,},
李鹏晓^{1, 2, 3},
敖康伟^{1, 2, 3},
张天意^{1, 2, 3},
夏元博^{1, 2, 3},
侯薇^{1, 2, 3}

1.
天津中油渤星工程科技有限公司, 天津 300451
2.
CNPC钻井工程重点试验室, 天津 300451
3.
油气钻完井技术国家工程研究中心, 天津 300451

基金项目: 中国石油天然气集团有限公司科技项目“复杂超深井固井密封完整性技术研究”（编号：2021DJ4105）资助。

详细信息

作者简介:
杨昆鹏(1987—)，男，河北唐山人，2012年毕业于南京工业大学化学工程与工艺专业，2015年获南京工业大学化学工程专业硕士学位，工程师，主要从事固井技术方面的研究及现场技术服务工作。E-mail：31502226@qq.com

中图分类号: TE254
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出版历程
- 收稿日期: 2022-06-19
- 修回日期: 2023-07-28
- 录用日期: 2023-07-29
- 网络出版日期: 2023-08-04
- 刊出日期: 2023-11-24

Ultra-Low Density and Low-Friction Cement Slurry Cementing Technologies in Long Sealing Sections of Fuman Oilfield

YANG Kunpeng^{1, 2, 3,},
LI Pengxiao^{1, 2, 3},
AO Kangwei^{1, 2, 3},
ZHANG Tianyi^{1, 2, 3},
XIA Yuanbo^{1, 2, 3},
HOU Wei^{1, 2, 3}

1.
CNPC Tianjing Bo-Xing Engineering Science & Technology Co., Ltd., Tianjin, 300451, China
2.
CNPC Key Laboratory of Drilling Engineering, Tianjin, 300451, China
3.
National Engineering Research Center of Oil & Gas Drilling and Completion Technology, Tianjin, 300451, China

摘要

摘要:
为解决塔里木富满油田二开固井裸眼段长、漏失压力低，1.35 kg/L水泥浆固井一次上返成功率低，且水泥浆流变性和稳定性差、早期强度发展慢等技术难题。依据紧密堆积设计理论，通过研究低密度水泥浆用增强剂、优选耐压减轻材料、优化低黏降滤失剂和高效梳型聚羧酸减阻剂等配套外加剂的加量，研制了密度为1.20 kg/L的低摩阻超低密度水泥浆，该水泥浆沉降稳定性低于0.02 kg/L，K≤0.5 Pa·sⁿ，n≥0.8；24 h底部抗压强度大于7.5 MPa，较传统低密度水泥浆抗压强度提高50%以上，满足长封固段、高温高压、易漏失井固井对水泥浆性能的要求。低摩阻超低密度水泥浆在富满油田应用了3井次，效果良好，平均固井质量合格率88.0%。研究及现场应用表明，低摩阻超低密度水泥浆可以为富满油田安全高效开发提供支持。
- 长封固段 /
- 漏失 /
- 超低密度 /
- 水泥浆 /
- 低摩阻
Abstract:
This paper aims to solve the technical problems of long open hole section, low leakage pressure, low success rate of one-time return of cement slurry of 1.35 kg/L, poor rheological property and stability of cement slurry, and the slow development of early strength in the second-opening cementing of Fuman Oilfield in the Tarim Basin. The low-friction and ultra-low density cement slurry system of 1.20 kg/L was developed based on the theory of close packing design by studying the reinforcing agent for low-density cement slurry and optimizing the pressure-resistant and light material, the low-viscosity fluid loss agent, and high-efficiency comb-type polycarboxylate drag reducer, etc. The settlement of the system was stable and lower than 0.02 kg/L, K≤0.5 Pa·sⁿ, n≥0.8; the 24 h bottom compressive strength was larger than 7.5 MPa, which was more than 50% higher than that of the traditional low-density cement slurry system and met the requirements of performance and mechanical properties for long sealing section, high temperature and high pressure, and easy leakage well. The field application of three wells has achieved good results, with an average pass rate of 88.0%. The research and field application show that the ultra-low density and low-Friction Cement Slurry can provide support for the safe and efficient development of Fuman Oilfield.
- cementing /
- loss /
- ultra-low density /
- cement slurry /
- low friction

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图 1 增强材料的微观结构

Figure 1. Microstructure of reinforced material

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表 1 空心玻璃微珠破损率测试结果

Table 1 Test results for the damage rate of hollow glass beads

名称	生产工艺	耐压等级 /MPa	平均粒径 /μm	密度 /（kg·L⁻¹）	不同压力下的空心玻璃微珠破损率，%
名称	生产工艺	耐压等级 /MPa	平均粒径 /μm	密度 /（kg·L⁻¹）	100 MPa	90 MPa	80 MPa	70 MPa	60 MPa
A	固体粉末法	82.7	90	0.602	29.2	20.6	14.5	12.1	8.2
B	软化学法	82.7	95	0.602	51.5	37.4	37.5	35.2	30.8
C	液相物化法	82.7	92	0.604	50.5	32.6	34.1	31.4	32.2

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表 2 水泥、增强材料、空心玻璃微珠三元体系堆积密度计算结果

Table 2 Packing density calculation results of cement, reinforced material and hollow glass bead ternary system

3种材料的配比，%			堆积密实度
水泥	增强材料	空心玻璃微珠	堆积密实度
100	10	10	0.7455
100	20	20	0.7574
100	30	30	0.7655
100	40	40	0.7747
100	50	50	0.7874
100	60	60	0.7985
100	70	70	0.8091
100	80	80	0.8197
100	80	90	0.8294
100	80	100	0.8325
100	90	80	0.8209
100	90	90	0.8313
100	90	100	0.8369
100	100	80	0.8315
100	100	90	0.8335
100	100	100	0.8394
100	110	80	0.8405
100	120	80	0.8422

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表 3 水泥、增强材料与空心玻璃微珠配比对抗压强度和流动度的影响

Table 3 Influence by different proportion of cement，reinforced materialand hollow glass bead on compressive strength and fluidity

试验编号	3种材料的配比，%			密度/ （kg·L⁻¹）	24 h抗压强度/MPa	流动度/ cm
试验编号	水泥	增强材料	空心玻璃微珠	密度/ （kg·L⁻¹）	24 h抗压强度/MPa	流动度/ cm
1	100	120	80	1.20	7.8	18
2	100	100	100	1.20	8.8	20
3	100	90	80	1.20	8.0	20
4	100	80	90	1.20	9.5	23
5	100	80	80	1.20	9.2	24
6	100	70	70	1.20	7.8	27

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表 4 降滤失剂F加量对水泥浆滤失量和流动度的影响

Table 4 Influence of dosage of filter reducer F on the filtration loss and fluidity of cement slurry

试验编号	降滤失剂F 加量，%	密度/ （kg·L⁻¹）	90 ℃下滤失量/mL	流动度/ cm
1	5	1.20	96	18
2	6	1.20	84	18
3	7	1.20	72	18
4	8	1.20	64	19
5	9	1.20	56	19
6	10	1.20	40	19
7	11	1.20	40	19

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表 5 减阻剂D加量对水泥浆流变性和沉降稳定性的影响

Table 5 Influence of dosage of drag reducer D on the rheological property and settling stability of cement slurry

减阻剂D加量，%	不同温度下的流性指数			不同温度下的稠度系数/（Pa·sⁿ）			不同温度下的沉降稳定性/（kg·L⁻¹）
减阻剂D加量，%	室温	90 ℃	110 ℃	室温	90 ℃	110 ℃	室温	90 ℃	110 ℃
0	0.353	0.425	0.567	6.600	3.010	2.080	0.01	0.01	0.01
0.5	0.744	0.768	0.811	0.667	0.645	0.512	0.01	0.01	0.01
1.0	0.816	0.834	0.844	0.433	0.412	0.398	0.02	0.02	0.02
1.5	0.854	0.866	0.854	0.385	0.356	0.385	0.02	0.03	0.05
2.0	0.910	0.925	0.920	0.217	0.214	0.198	0.05	0.06	0.08
2.5	0.935	0.964	0.966	0.114	0.102	0.112	0.10	0.14	0.16

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表 6 超低密度水泥浆耐压性能测试结果

Table 6 Pressure-resistant performance test results of ultra-low density cement slurry

压力/ MPa	初始密度/ （kg·L⁻¹）	耐压密度/ （kg·L⁻¹）	密度差/ （kg·L⁻¹）	密度变化率， %
100	1.20	1.22	0.02	1.67
90	1.20	1.21	0.01	0.83
80	1.20	1.21	0.01	0.83
70	1.20	1.21	0.01	0.83
60	1.20	1.20	0.00	0.00

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表 7 超低密度水泥浆综合性能测试条件

Table 7 Test conditions for comprehensive performance of ultra-low density cement slurry

温度/℃	压力/MPa	升温时间/min
110	80	70
100	70	60
90	60	50

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表 8 超低密度水泥浆综合性能测试结果

Table 8 Comprehensive performance test results of ultra-low density cement slurry

密度/ （kg·L⁻¹）	流动度/cm	稠化时间/min	温度高点稠化/min	密度高点稠化/min	滤失量/mL	游离液含量/%	沉降稳定性（kg·L⁻¹）	72 h顶部抗压强度/ MPa	24 h底部抗压强度/ MPa	48 h底部抗压强度/ MPa	流变性
密度/ （kg·L⁻¹）	流动度/cm	稠化时间/min	温度高点稠化/min	密度高点稠化/min	滤失量/mL	游离液含量/%	沉降稳定性（kg·L⁻¹）	72 h顶部抗压强度/ MPa	24 h底部抗压强度/ MPa	48 h底部抗压强度/ MPa	n	K/（Pa·sⁿ）
1.20	23	375	333	333	44.0	0	0.01	8.3	24.5	28.0	0.871	0.472
1.20	21	387	406	364	41.0	0	0.02	6.7	24.5	25.0	0.884	0.379
1.20	20	377	351	373	42.8	0	0.02	4.7	26.0	26.9	0.854	0.469

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表 9 满深XX井邻井情况

Table 9 Adjacent well situation of Well Manshen XX

井号	井深/m	层位	套管/mm	固井方式	施工排量/（L·s⁻¹）	钻井液密度/（kg·L⁻¹）	水泥浆密度/（kg·L⁻¹）	复杂情况
邻井1	4 790	C	273.05	单级	50	1.30	1.88	下套管过程漏失，先坐挂，正注反挤施工
邻井2	4 830	C	244.5	单级	30～35	1.30	1.30+1.88	未漏
邻井3	4 682	C	244.5	单级	30～35	1.30	1.30+1.88	下套管过程漏失，先坐挂，正注反挤施工

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