中国石油集团西部钻探工程有限公司 新疆克拉玛依 834000
【摘要】:针对传统激活剂、激活助剂在井下温度较低(≤35℃)效能发挥过慢,致使胶结质量差的问题,研发出一套适用于低温条件下的高效激活剂与激活助剂,解决因激活剂与激活助剂效能发挥慢引起MTC固井液不稳定,水泥石强度发挥慢的问题,从而改善固井质量。
【关键词】:MTC 激活剂 激活助剂 固井
油田矿渣MTC技术是利用钻井工程中废弃的钻井液的降失水性和悬浮性,加入高炉水淬矿渣、矿渣激活剂、激活助剂,必要时再加入少量的缓凝剂,使钻井液转化为性能完全可以和油井水泥浆相当或更好的矿渣MTC固井液。浆体具有流变性好,稠化时间易调,沉降稳定性好等特点;直接成本低于同性能的油井水泥;与钻井液的相容性好,能提高顶替效率,从而提高固井质量。
矿渣自身具备一定的水硬活性,但其内部大量的玻璃体的存在阻止了水进入玻璃体内部,使得矿渣内部离子也无法渗出,水化反应几乎终止,因而矿渣只有在有激活剂存在下才能被激活,其水硬活性表现出来。单纯被激活的矿渣MTC固化物通常不能满足固井所需抗压强度,需要加入激活助剂来增强固化物的抗压强度,满足固井所需。目前在一些井下温度较低(≤35℃)的井仍存在因激活剂、激活助剂效能发挥过慢,致使胶结质量差等问题出现,从而影响固井质量。
1、研究路线
本实用新型推出一种低温条件下的高效激活剂(GXJHJ)与激活助剂(GXJHZJ),解决激活剂与激活助剂在温度低于较低30℃条件下效能发挥慢引起MTC固井液不稳定,水泥石强度发挥慢,最终影响固井质量所带来的问题。
2、主要组成
激活剂由氢氧化钠、碳酸钠三乙醇胺组成;激活助剂由硅酸钠和硫酸钙组成
3、原理及特征
该高效激活剂与激活助剂的制作方式(激活剂(GXJHJ)由氢氧化钠、碳酸钠三乙醇胺组成,激活助剂(GXJHZJ)由硅酸钠和硫酸钙复配而成,激活助剂由硅酸钠90%,硫酸钙10%组成)。
本发明的特征(采用工业产品进行复配,其中氢氧化钠为液体(质量浓度38%),碳酸钠为固相颗粒,三乙醇胺为工业纯)。
4、室内试验
4.1 相同密度、相同加量、不同温度条件下,与传统MTC的稠化时间和早期强度对比,(密度1.50g/cm3,激活剂20%,激活助剂7%)
温度(℃) | 传统MTC | |||
稠化时间 (min) | 强度(6h×0.1MPa) | 强度(24h×0.1MPa) | 强度(48h×0.1MPa) | |
30 | 232 | 无 | 9.3 | 10.7 |
35 | 205 | 无 | 10.1 | 12.3 |
40 | 184 | 无 | 11.3 | 12.4 |
50 | 152 | 2.9 | 11.9 | 12.6 |
60 | 114 | 3.7 | 12.8 | 12.9 |
温度(℃) | 高效MTC | |||
稠化时间 (min) | 强度(6h×0.1MPa) | 强度(24h×0.1MPa) | 强度(48h×0.1MPa) | |
30 | 153 | 2.8 | 15.1 | 16.3 |
35 | 137 | 3.1 | 15.3 | 17.1 |
40 | 113 | 3.4 | 15.4 | 17.3 |
50 | 97 | 4.3 | 15.7 | 17.4 |
60 | 78 | 4.9 | 15.9 | 17.5 |
由上表可知,在循环温度≤35℃条件下,与传统MTC激活剂与激活助剂相比,高效MTC激活剂与激活助剂在MTC固井液的稠化时间可控,并且矿渣MTC固化物抗压强度上均能达到技术要求;在循环温度大于35℃条件下,高效MTC稠化时间可控性和矿渣MTC固化物抗压强度更优于传统MTC。
4.2 相同密度,相同温度,不同加量条件下,高效MTC稠化曲线与强度发展曲线(以密度1.50g/cm3,温度35℃为例)
密度(g/cm3) | 温度(℃) | 加量(%) | 稠化时间 (min) | 强度(0.1MPa) | |||
激活剂 | 激活助剂 | 6h | 24h | 48h | |||
1.50 | 35 | 10 | 5 | 189 | 1.3 | 12.4 | 14.8 |
1.50 | 35 | 12 | 5 | 176 | 1.5 | 13.2 | 15.1 |
1.50 | 35 | 13 | 6 | 164 | 1.6 | 14.1 | 15.3 |
1.50 | 35 | 15 | 6 | 137 | 1.8 | 14.3 | 15.7 |
1.50 | 35 | 18 | 7 | 119 | 2.3 | 14.6 | 16.1 |
1.50 | 35 | 20 | 7 | 102 | 2.8 | 15.1 | 16.3 |
由上表综合分析可知,密度1.50 g/cm3,温度35℃下,最优加量为激活剂15%+激活助剂6%。
同理,根据以上方法可得出口井温度和密度下,最优的激活剂与激活助剂加量。
4.3 根据以上原理优选出的不同密度、不同温度条件下对应加量的MTC性能对照表
密度(g/cm3) | 温度(℃) | 加量(%) | 失水量 (ml) | 稠化时间 (min) | 强度(0.1MPa) | |||
激活剂 | 激活助剂 | 6h | 24h | 48h | ||||
1.50 | 46 | 10 | 6 | 48 | 198 | 2.2 | 15.1 | 16.1 |
1.60 | 46 | 10 | 6 | 45 | 165 | 2.3 | 15.2 | 16.5 |
1.70 | 43 | 12 | 6 | 46 | 106 | 2.4 | 14.8 | 16.7 |
1.80 | 34 | 15 | 6 | 42 | 148 | 2.6 | 15.3 | 16.9 |
由上表实验数据可知,针对不同井,不同密度、不同温度条件下对应不同的激活剂和激活助剂加量,都能表现出较好的MTC性能。
5 现场应用
高效MTC激活剂和激活助剂在新疆油田五2东区取得成功应用,以下为3口井的使用情况:
现场应用统计表
井号 | 井深m | 泥浆密度 g/cm³ | 水泥浆密度g/cm³ | 稠化时间min | 试验温度℃ | 激活剂% | 激活助剂% | CBL声幅解释 |
5D6002 | 1773 | 1.62 | 1.80 | 148 | 34 | 15 | 6 | 优质 |
56089 | 2283 | 1.26 | 1.50/1.60 | 198/165 | 46 | 10 | 6 | 优质 |
56000 | 1760 | 1.52 | 1.70 | 106 | 43 | 12 | 6 | 优质 |
以下为3口井现场试验情况:
5.1 5D6002井试验:
试验井队:克钻50597队
钻井资料:该井是一口生产井,完井井深1773m,目的层克上、克下组油气活跃,钻井液密度1.62 g/cm3 ,粘度48s,滤失4.5ml/30min,泥饼0.4mm,含砂0.3%,PH值9,,井底温度34℃,MTC密度1.80 g/cm3,稠化时间148min。
固井结果:固井施工正常, 48hr后测井,水泥浆返高达到设计要求,CBL声幅解释全井段固井质量优质。
5.2 56089井试验:
试验井队:克钻50619队
钻井资料:该井是一口生产井,完井井深2283m,目的层克上、克下及佳木河组油气活跃,钻井液密度1.26 g/cm3 ,粘度46s,滤失6.0ml/30min,泥饼0.5mm,含砂0.3%,PH值9,,井底温度43℃,MTC领浆密度1.50g/cm3,稠化时间198min,MTC尾浆密度1.60g/cm3,稠化时间165min。
固井结果:固井施工正常, 48hr后测井,水泥浆返高达到设计要求,CBL声幅解释全井段固井质量优质。
5.3 56000井试验:
试验井队:克钻30640队
钻井资料:该井是一口生产井,完井井深1760m,目的层克上、克下组油气活跃,钻井液密度1.52 g/cm3 ,粘度40s,滤失4.0ml/30min,泥饼0.5mm,含砂0.3%,PH值9,井底温度40℃,MTC密度1.70g/cm3,稠化时间106min。
固井结果:固井施工正常, 48hr后测井,水泥浆返高达到设计要求,CBL声幅解释全井段固井质量优质。
6 结论
(1)在循环温度≤35℃条件下,高效MTC激活剂与激活助剂在MTC固井液的稠化时间可控,并且矿渣MTC固化物抗压强度能达到技术要求,在循环温度大于35℃条件下,高效MTC稠化时间可控性和矿渣MTC固化物抗压强度更优于传统MTC;
(2)由试验选出的最优激活剂和激活助剂加量下的MTC,都能表现出较好的MTC性能;
(3)室内试验和现场试验结果证明,高效MTC在循环温度低于35℃情况下,激活剂与激活助剂效能高,水泥石强度发挥快,具有很好的抗油、水侵能力。