泥浆转化为水泥浆固井技术.pdf

第18卷 第4期1996年 11月西 南 石 油 学 院 学 报Journal of Southwest Petroleum InstituteVol.18No.4Nov1996泥浆转化为水泥浆(MTC)朱和平(图书馆)摘要 MTC技术是一项新技术。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MTC技术的发展概况,泥浆转化的四种方法,MTC水泥浆的设计,MTC的技术、经济优势,以及MTC技术的应用范围。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 TE 2561MTC发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,Wyant等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,Miller等 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Novak于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Wilson为代表的波特兰水泥转化技术和以Cowan为代表的矿渣转化技术,使MTC技术具有真正的工业实用意义。在某些应用场合下,MTC技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19951229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(BFS),大约每m3加入1141427 kg,形成密度为11982379 kg/m3的BFS 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。3MTC水泥浆的设计MTC的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MTC的配制。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MTC水泥浆,BFS 混合浆液的浓度在100175 lb/bbl之间,而在油管/生产套管固井,用作注水泥尾浆时,则要求BFS或水泥的浓度达到200350 lb/bbl。3.2 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:化学稀释剂或反絮凝剂;加水稀释;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BFS及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:泥浆的降失水性;泥浆降失水剂 与水泥或BFS的相容性。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BFS不相容,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。4MTC水泥浆的技术、经济优势与许多常规注水泥相比,MTC水泥浆具有一些技术、经济上的优势。711第4期 朱和平:泥浆转化为水泥浆(MTC)4.1MTC的技术优势(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)MTC水泥浆具有中等密度,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。4.2MTC的经济优势采用MTC水泥浆固井,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MTC技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,MTC水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,MTC水泥浆外加剂 比常规水泥用得少,其外加剂费用可减少1015%。(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:MTC水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:MRC水泥浆还可减少配浆用水,降低材料的运输、服务成本。5MTC技术的应用鉴于上述的性能及优势,MTC技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MTC技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MTC技术的不断完善和发展,它将得到广泛地应用。参 考 文 献1W N Wilson.Conversion of Mud Cement.SPE 204522K M Cowan.Conversion of Drilling Fluids to Cements with Blast Furnace Slag:Performance Properties andApplications for Well Cementing.SPE 245753 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):1822,364 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):69785K M Cowan.Solidity Mud to Save Cementing Time and Reduce Wastes.World Oil,1993(10):4350911第4期 朱和平:泥浆转化为水泥浆(MTC)