Science&TechnologyVision科技视界深水表层固井水泥浆体系的优选廖易波*李望军范鹏刘玉杰陆永伟闫许峰渊中海油田服务股份有限公司油田化学事业部深圳作业公司袁广东深圳518000冤揖摘要铱最近几年中袁深水油气发现占全球油气发现总量逐步增大袁深水油气资源已成为未来全球石油战略接替的重点袁为更好地促进我国深水固井技术的发展袁笔者团队结合室内研究与现场实际应用袁总结了一套适用于超水表层固井的低密全液早强水泥浆体系遥该水泥浆体系配方简单袁采用全液体添加剂袁成本低袁具有良好的流变性能尧防气窜性能及沉降稳定性遥该体系低温下水泥石强度发展好袁具有较高的抗压强度袁控失水性能强遥目前该低密全液早强水泥浆体系成功应用于南海多口深水井中袁现场应用表明院该体系现场易配浆袁浆体流动性良好袁水泥浆气泡少袁现场操作方便袁固井作业时未发现浅层气窜漏袁满足后续施工要求遥揖关键词铱深水曰低密度曰全液体曰早强曰水泥浆体系中图分类号院TE256.5文献标识码院ADOI院10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.00圆文章编号院2095-2457渊2019冤23-0005-004OptimizationofDeepWaterSurfaceCementingSlurrySystemLIAOYi-bo*LIWang-junFANPengLIUYu-jieLUYong-weiYANXu-feng(ShenzhenBaseofDivisionofOilfieldChemicalsCOSL,ShenzhenGuangdong518000,China)揖Abstract铱Inrecentyears,Deepwateroilandgasresourceshavebecomethefocusoffutureglobalpetroleumstrategicsuccessionduetothegradualincreasingofdeepwateroilandgasdiscoveriesinglobaloilandgasdiscoveries.InordertobetterpromotethedevelopmentofdeepwatercementingtechnologyinChina,wecombinedfieldapplicationwithindoorresearch,andasetoflow-densityfull-liquidearly-strengthcementslurrysystemsuitablefordeepwatersurfacecementingissummarized.Thecementslurrysystemhasasimpleformulation,adoptsfullliquidadditives,haslowcost,andhasgoodrheologicalproperty,anti-gasenthalpyperformance,sedimentationstability.Thestrengthofthecementstoneisgoodatlowtemperature,andithashighcompressivestrengthandstrongwaterlosscontrolperformance.Atpresent,thelow-densityall-liquidearly-strengthcementslurrysystemhasbeensuccessfullyappliedtoseveraldeepwaterwellsintheSouthChinaSea.Thefieldapplicationshowsthatthesystemiseasytobeprepared,theslurryhasgoodfluidity,fewbubbles,andtheoperationisconvenientonsite.Noshallowgasleakageisfoundduringcementingoperations,whichmeetstherequirementsofsubsequentconstruction.揖Keywords铱Deepwater;Low-density;All-liquid;Early-strength;Cementslurrysystem0前言当前袁全球的油气消费量以较快的速度增长袁全球油气增长乏力袁世界石油工业正面临着极大的挑战[1]遥最近几年中袁深水油气发现占全球油气发现总量比重逐步增大袁深水油气资源已成为未来全球石油战略接替的重点[2]遥我国南海海域及南沙群岛附近海域蕴藏着丰富的深水油气资源袁向深水石油进军已成为我国海洋油气勘探开发的战略目标[3-4]遥目前深水是指水深在500m~1500m海域袁水深超过1500m成为超深水遥由于深水环境和浅部地层复杂情况的影响袁深水固井难度也越来越大遥深水固井渊特别是表层固井冤与常规固井相比袁主要面临以下几个问题[5-6]院渊1冤低温院一般地袁深水海底温度约为4益左右袁如此低的温度将严重影响水泥石强度发展袁使水泥浆长期处于胶凝失重状态遥同时袁低温易导致稠化时间过渡时间长袁难以获得较好的稠化曲线遥此外袁低温会使水泥浆稠度增加袁流动阻力变大袁不利于水泥浆顶替遥渊2冤松软地层院松软地层的孔隙压力与破碎压力间野窗口冶窄袁并且与水深呈正相关遥水泥环与松软地层间胶结能力弱袁容易为潜存的地层流体提供窜流通道遥渊3冤浅层流院浅层流被认为是深水固井中最具挑战性的因素遥浅层流和低温尧低密度联合作用袁使固井窜流风险更高遥渊4冤费用高院随着海洋石油不断向深水发展袁低温和低密度水泥浆会大幅度延长水泥浆侯凝时间袁距离和气候等因素使后勤供应变得更加困难遥渊5冤平台灰罐受限袁现场作业人员劳动强度大袁采用以漂珠为减轻材料的低密度体系成本高遥采用液体减轻剂的优点为院为可用于LAS渊全液体添加剂系统冤袁高水灰比水泥消耗少袁全液化后减轻现场作业劳动强度袁同时体系成本低遥为更好地促进我国深水固井技术的发展袁笔者团队结合室内研究与现场实际应用袁对最近几年使用过的深水尧深水表层固井水泥浆体系[7]进行了优化对比袁总结了一套适合深水表层固井的低密全液早强水泥浆体系遥1液体减轻剂PC-81L*通讯作者院廖易波袁男袁2006年毕业西南石油大学袁本科袁工程师袁现主要从事固井技术专业遥淫基金项目院深水固井关键技术研究与应用渊CNOOC-KJ125ZDXM12LTDYF2015-01冤遥Science&TechnologyVision科技视界5Science&TechnologyVision科技视界液体减轻剂PC-81L是中海油服针对膨润土低密度水泥浆体系和漂珠低密度水泥浆体系在深水表层固井中使用的局限性袁自研的一种新型液体减轻材料袁主要具有以下特点院渊1冤PC-81L作为减轻剂对水泥浆具有密度调节作用袁可在1.30~1.70g/cm3之间调节水泥浆的密度曰渊2冤PC-81L具有高悬浮性袁最高可悬浮水灰比为2的水泥浆曰渊3冤PC-81L具有增强作用袁不但可以作为低密度水泥浆中的减轻剂袁还可以作为增强剂应用于常规密度浆体中曰渊4冤PC-81L具有促凝作用袁可在深水低温环境下缩短水泥浆稠化时间遥2低密全液早强水泥浆体系的性能2.1密度为1.50g/cm3的低密全液早强水泥浆的组成及性能低密全液早强水泥浆体系以液体减轻剂为主剂袁辅以相配伍的防气窜降失水剂尧液体早强剂尧消泡剂尧液硅以及纳米硅配制而成遥采用山东G级水泥袁井底循45MPa环温度渊BHCT冤为25益袁井底静止压力渊剂+6%G遥级水液水泥体泥浆早+13%配方强剂+1%防如窜下BHP冤为消增院泡强剂剂+10%+10%液纳体米减硅轻+7%剂降98.15%失水海水袁可以看出袁低密全液早强水泥浆体系配方简单袁且全部为液体添加剂袁成本低袁浆体具体性能见表1遥表1低密全液早强水泥浆体系性能流变渍3渍100API失7渍6923渍20028渍30040mL水稠化时游离静胶凝间min48430min过渡时间液%25强益度抗psi0压066822从表1可以看出袁低密全液早强水泥浆体系具有良好的流变性能尧防气窜性能及沉降稳定性曰低温下水泥石2.强度发2改低变密展好液全体液袁具早早有良好强强剂水的泥的抗压强加浆量体分系别的度和控为稠2化%尧时失水性能6间遥%和可调10性%袁其余添加剂加量保持不变袁得到不同早强剂加量下低密全液早强水泥浆体系稠化时间遥如图1尧图2尧图3和图4所示袁研究表明低密全液早强水泥浆体系的稠化时间可调性遥图1早强剂加量2%水泥浆稠化曲线从图4可以看出袁低密全液早强水泥浆体系配方的稠化时间与液体早强剂加量成正相关袁说明低密全液早强水泥浆体系的稠化时间可通过改变液体早强剂的加量来实现线性可调遥此外袁当稠化试验温度逐渐升高袁将配方中的液体早强剂用缓凝剂代替袁水泥浆稠化时间随着缓凝剂加量呈正相关遥6科技视界Science&TechnologyVision图2早强剂加量6%水泥浆稠化曲线图3早强剂加量10%水泥浆稠化曲线图4不同液体早强剂加量对稠化时间的影响2.3为低了密研全究液低早密强全水液泥早浆强体水系泥的浆温体敏系性对研温究度的敏感性袁进行了上10益尧下10益的温度敏感性稠化试验袁具体试验结果见图5尧图6尧图7和图8遥图515益水泥浆稠化曲线图625益水泥浆稠化曲线Science&TechnologyVision科技视界从图5尧图6尧图7可以看出袁低密全液早强水泥浆体系稠化曲线平稳遥从图8可以看出袁随着试验温度的升高袁水泥浆稠化时间缩短曰随着试验温度的降低袁水泥浆稠化时间增加曰没有出现稠化时间突变的情况袁说明低密全液早强水泥浆体系温敏性较好遥室内研究表明袁当稠化试验温度低于10益时袁低密全液早强水泥浆体系的稠化时间会出现过渡时间长尧不能达到100Bc等现象曰当稠化试验温度超过90益时袁低密全液早强水泥浆体系的稠化时间会出现重复性差尧不能做长等现象遥因此袁低密全液早强水泥浆体系在10~90益的温度范围内适用遥图735益水泥浆稠化曲线图8温度变化对稠化时间的影响2.4为低了密研全究液低早密强全水液泥早浆强体水系泥静浆胶体凝系过的渡防时窜间能研究力袁笔者团队利用静胶凝强度分析仪进行静胶凝过渡时间和UCA曲线的测定袁如图9遥图91#水泥浆从100lb/ft2达到500lb/ft2的时间从图9可以看出袁水泥浆配方的静胶凝强度过渡时间为23min袁说明低密全液早强水泥浆体系具有良好的防窜性能遥此外袁在低密全液早强水泥浆体系中增加纳米2.硅的加5为低量袁会改善水泥浆的静胶凝过渡时间[8-9]遥了密研全究液低早密强全水液泥早浆强体水系泥的浆抗体压系等的级抗研压究能力袁改变井底静止压力渊BHP冤为25MPa尧65MPa袁按照1h从室渊BHCT温降冤温为至泥25线益袁温然度后4益再袁保再温1h保升压温1h至的井方底案循模环拟温袁度之后再测量水泥浆密度袁见表2遥表2不同井底静止压力渊BHP冤对低密全液早强水泥浆体系密度的影响井底静止压模拟模拟g后力MPa密度差g/cm325g前密度451./cm31./cm密度3651.501.50501.5001.505000从表2看出袁低密全液早强水泥浆体系前后密度差2.6为0为低袁具了密有研全良究液好低早的密强抗全水压液泥能早浆力强体[10]遥水系泥的浆低体温系强在度低性温能下研的究强度发展情况袁笔者团队分别模拟了4益尧8益的情形进行24h和48h水浴增压强度模拟袁具体结果见表3遥表3低密全液早强水泥浆体系的低温强度性能研究配方4益24h达MPa强度8益MPa强度4益48hMPa强度8益1#未到终凝3#达达到终终凝凝达到0.终31.MPa强度2#0.6凝0.23.1.752.54.41从表3看出袁低密全液早强水泥浆体系在低温条件下依然具有良好的水泥石强度袁且随着液体早强剂加量的增加袁水泥石强度逐步增加袁能够满足深水表层固井强度要求遥3低密全液早强水泥浆体系的现场应用3.1低井密况全信液息早强水泥浆体系首次在南海某井20冶表层进行了现场应用,该井水深985m为深水井袁套管下深2025m袁井底静止温度38益袁井底循环温度28益袁领浆3.2密度1.40g/cm3返至泥线位置领现浆场配施方工为配院方G及级性水能泥+146%海水+0.5%消泡剂10%+6防%窜液增体强早剂强剂+15%液体减轻剂+6%降失水剂+表遥4现场施工领浆性能流变渍3渍6渍300API失水2225渍100mL稠化时游离间min液%25益65渍200102131度抗psi0压强密度g/cm32844203.81.403.3施现工场配施方工在结现果场性能良好袁施工后可观察到水泥浆返到泥线曰现场在静止温度条件下养护的样品强度发展快袁满足下部钻井要求袁建井中井口稳定无下沉遥现场应用表明院该体系现场易配浆袁密度均匀袁浆体流动性良好袁气泡少袁现场操作方便遥此外袁固井作业时未发现浅层气窜漏袁满足后续施工要求袁计划后期将大规模应用于深水井中遥渊下转第4页冤Science&TechnologyVision科技视界7Science&TechnologyVision科技视界有6.5万公里袁设备保有量并不低袁足以表明该类型设备在印度铁路系统有较大的运用市场遥图6为印度铁路局在用设备现场作业照片遥随着大规模客专线建设和新型客专道岔的发展袁整组道岔重量及道岔全长继续大幅增加袁对道岔铺设质量要求越来越高袁小型设备无法满足需要遥特别是提速道岔的运用袁给铁路带来了飞跃式的发展袁也带动了国家经济到了另一个新的平台袁同时也给各铁路局提出了针对提速道岔的铺设的难题遥尤其是近年来快速发展的高速铁路袁对施工要求野工完料尽袁人走场清冶袁在道岔附近选择有利地形进行新道岔组装的工法又面临着巨大挑战袁急需研制道岔分段组装尧运输的设备袁重点研究道岔运输超限问题袁解决现场组装场地瓶颈曰研制分段道岔收铺吊装设备袁重点研究无轨情况下吊装设备的移动问题袁道岔吊装移动中受力变形问题袁解决道岔移动困难问题曰研究道岔换铺作业工艺工法袁解决现场组装场地瓶颈袁道岔现场移动影响道岔质量袁施工人员多袁作业准备时间长等问题袁提高换铺质量和劳效袁降低作业安全风险遥揖参考文献铱图6印度铁路局在用道岔铺换设备现场作业照片6结束语铁建装备现有上位机尧下位机式道岔铺换设备袁在一定程度减少了配合人工袁为机械化更换长大型道岔提供了可能性袁但是因设备及施工组织的原因袁并未在全路推广使用遥该设备在国内的用户主要为南昌局和济南局袁其中最具代表性的为2014年济南局在铺设新建青荣城际铁路引入胶济客专墨站的混凝土枕60kg/m-1/42道岔时袁将两组16个单元整合在一起袁成功的在既有线铺设了自重212t尧全长172.495m的42号道岔袁同以往铺设的该类道岔的施工工艺相比袁避免了移动电气化铁路接触网支柱袁长距离移动整组道岔不再是难题袁不但节省了施工费用袁更重要的是极大的减少了对运营线路的影响[5]遥沈阳业兴铁路工务器材厂生产的CPH-2100型道岔铺换机组以轻便灵活尧购置成本低廉的优势袁作为人工铺换道岔的辅助性设备袁较好地降低了劳动强度和提高了铺换工作效率遥咱1暂铁建设函渊2007冤1306号袁关于印发叶铁路道岔有效设计图纸目录曳的通知援咱2暂运基线路渊2010冤584号袁关于印发叶客运专线道岔有效设计图纸目录曳的通知援咱3暂杨忠吉袁叶现代铁路线路大修及工艺发展方向曳袁北京袁中国铁路总公司工电部袁2018援咱4暂王树国袁客运专线18号有砟道岔铺设机验收标准的研究袁北京袁铁道科学研究院袁2006援咱5暂穆长江袁叶机械化更换道岔施工组织探讨曳袁山东济南袁济南集团公司工务部袁2018援咱6暂原铁道部文件铁运渊2006冤146号叶铁路线路修理规则曳援咱7暂原铁道部运输局叶铁路线路大修技术条件曳援方法[J].钻采工艺,2006,29渊3冤院11-14援WANGRuihe,WANGChengwen,BUYuhuan,etal,Problemsexistentindeepwatercementinganditssolution[J],Drilling&ProductionTechnology,2006,29(3):11-14.咱5暂Pettingill,HenryS,Weimer,etal.World-WideDeepwaterexplorationandproduction:past,presentandfuture[J].AapgBulletin,52(2002):809-809援咱6暂WardM,GranberryV,CamposG,etal.Ajointindustryprojecttoassesscirculatingtemperaturesindeepwaterwells[J].SPEDrilling&Completion,2003,18(02):133-137.咱7暂冯颖韬,宋茂林,张浩等.深水固井液体减轻低密度水泥浆体系.钻井液与完井液,2017,34渊4冤院80-84援FENGYingtao,SONGGMaolin,ZHANGHao,LIHouming.LiquidCementingFluidReducedLightenedDeepWaterLight-weightCementSlurry.DrillingFluid&CompletionFluid,2017,34(4):80-84.咱8暂DROCHONB.Rhrologymodifierforcementslurries:U.S.Patent76076[P].2011-3-1.咱9暂李望军,周成裕,廖易波,等.新型防气窜剂DA34L的室内评价及现场应用.重庆科技学院学报渊自然科学版冤,2015,8渊4冤院80-84援LIWangjun,ZHOUChengyu,LIAOYibo,etal.FieldApplicationandLaboratoryEvaluationofaNewAnti-gasChannelingAgent:DA34L[J].JournalofChongqingUniversityofScienceandTechnology(NaturalSciencesEdition),2015,8,(4):80-84.咱10暂罗阳,陈大钧,许桂莉,等.高强度超低密度水泥浆体系实验研究[J].石油钻探技术,2009,37渊5冤院66-81援LUOYang,CHENDajun,XUGuili,etal.LabExperimentonHigh-IntensityUltra-Low-DensityCementSlurry[J].OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGY,2009,37(5):66-81.渊上接第7页冤4结论渊1冤低密全液高早强水泥浆体系配方简单尧全液体添加剂尧成本低遥渊2冤低密全液早强水泥浆体系具有良好的流变性能尧良好的防气窜性能和控失水性能曰沉降稳定性良好袁抗压能力较强袁同时低温下水泥石强度发展快袁静胶凝强度过渡时间短袁具有较好的抗压强度遥渊3冤低密全液早强水泥浆体系性能良好袁可用于深水井及深水井表层固井作业遥揖参考文献铱咱1暂席方柱,屈建省,吕光明,等.深水低温固井水泥浆的研究[J].石油钻采工艺,2010,32渊1冤院40-44援XIFangzhu,QUJiansheng,LVGuangming,etal.Studyofdeepwaterlow-temperaturecementslurry[J].OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGY,2010,32(1):40-44咱2暂王瑞和,王成文,卜玉环,等.深水固井技术研究进展[J].中国石油大学学报,2008,32渊1冤院77-81援WANGRuihe,WANGChengwen,BUYuhuan,etal,Researchdevelopmentofdeepwatercementingtechnique[J].JournalofChinaUniversityofPetroleum,2008,32(1):77-78.咱3暂王瑞和,王成文,卜玉环.深水低温固井水泥体系:中国,101054513[P].2007-10-17援WANGRuihe,WANGChengwen,BUYuhuan,Deepwaterlow-temperaturecementslurry:CN,101054513[P].2007-10-17.咱4暂王成文,王瑞和,卜玉环,等.深水固井面临的挑战和解决4科技视界Science&TechnologyVision
