为固井加固
时间:2013-09-30 09:09
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吉林油田长岭气田属于深层、高产、高温、高压、高含CO2的长井段碳酸盐岩气藏。含CO2井固井面临井深,温度高、多层油气,存在易漏失气窜、封固段长、温差大、高含CO2、易腐蚀、抗CO2腐蚀材料优选困难等技术难题,固井质量难以保证。为提高长期固井质量,吉林油田钻井院开展了含二氧化碳气井防腐固井相关技术难题研究工作,优化井身结构和固井工艺,优选防腐固井材料及水泥浆体系,形成了深层天然气井固井配套工艺技术。
认清腐蚀机理
CO2对水泥石的腐蚀程度取决于CO2分压和相对湿度,腐蚀机理主要为淋滤、溶蚀、碳化收缩和高矿化度地层水协同作用,具体表现为:CO2与水泥石表面的碱性物质反应,降低其PH值,使水泥石表面疏松,为酸性气体进入水泥石中提供通道;CO2与水泥石中熟料矿物的水化产物反应,生成非胶凝性产物,降低水泥石的抗压强度和致密性,增加水泥石的渗透率。
明确评价方法
目前用于评价抗CO2腐蚀固井材料性能的评价参数主要有缓蚀系数、碳化深度、渗透率和孔结构。由于目前对固井用抗CO2腐蚀材料的研究相对较少,所以相关的评价方法较单一,且不规范、不统一。如哈里伯顿公司用重量损失评价水泥石的抗腐蚀性能,斯伦贝谢公司用抗压强度评价水泥石的防腐性能,都不能全面评价材料的抗腐蚀性能。
缓蚀指数 缓蚀指(系)数指腐蚀一定龄期后水泥石抗压强度与腐蚀前抗压强度之比。CO2与水泥石中的水化产物反应,生成非胶凝性产物,降低水泥石的抗压强度。CO2气体对水泥石的腐蚀程度与气体浓度(或分压)和腐蚀时间密切相关,一般气体浓度(或分压)较低和腐蚀时间较短,其腐蚀程度较低,水泥石只有表面受到碳化,内部结构仍较致密,所以抗压强度很难有显著变化。随着腐蚀程度加深,水泥石内部受到碳化,抗压强度显著降低。
渗透率 渗透率是指单位时间内液体通过材料的流量,孔结构是表征水泥石连通孔数量的参数。由于在腐蚀前期CO2与水泥石中的Ca(OH)2反应生产CaCO3,填充水泥石自身孔隙,所以渗透率和总孔隙率变小;随着腐蚀不断进行,水泥石内部结构变得疏松,其渗透率会和总孔隙率变大;故渗透率和孔结构比较适用于评价水泥石较低腐蚀程度,腐蚀程度较高时只能作为辅助评价手段。
精心研发防腐材料
为了提高含CO2深层天然气井水平井和分支井固井质量,解决高温高压条件下漏失、气窜、腐蚀和环空带压等问题,吉林油田钻井院承担了中石油“防CO2腐蚀固井技术”重大专项研究工作,在2007~2008年取得防腐机理、防腐途径、评价方法、实验仪器、性能评价等方面的成果基础上,研究开发了F11F防CO2腐蚀固井材料和水泥浆体系,防腐性能评价良好。新研发的F11F防腐固井材料能够降低水泥石渗透率、增加抗压强度、提高水泥浆的防腐性能,在超高温条件下水泥浆高温稳定性能良好,稠度不低于10Bc,失水量小于50ml,抗压强度40MPa。
针对水泥浆和水泥石体积收缩产生环空间隙,给油气水提供窜流通道,造成井口带压的问题,在天然气井固井方面研究应用了具有双膨胀性能的晶体微膨胀水泥浆,可在水化和硬化两个阶段保持稳定的体积膨胀,防窜性能优良。该项技术已经形成(WD-L和WD-H)两种中高温防窜剂,全面应用在水平井和天然气井目的层固井,固井质量取得了重大进展。
F11F防腐防窜水泥浆体系在长岭地区进行了首次现场试验,现已大规模推广应用,截至目前共应用19口井,生产套管固井质量合格段达到82.91%,优质段达到67.53%。
性能优异 适用性强
以抗CO2腐蚀材料F11F为主,适合吉林油田气井固井防窜的抗CO2腐蚀高温水泥浆体系,与国内其它抗CO2腐蚀高温水泥浆体系相比,抗腐蚀性能更为突出。
确定了水泥石抗压强度、渗透性、碳化深度和缓蚀系数为主的评价方法,目前能够满足腐蚀评价。
抗CO2腐蚀高温水泥浆体系具有微膨胀、低滤失、低渗透、短过渡和高强度等抗蚀防窜特点,可有效保证水泥浆在富含CO2气层的密封性能,其综合性能满足富含CO2气井固井防窜技术要求。
防腐蚀水泥浆体系具有优异的能抗CO2腐蚀性能,且其工程性能也需满足不同地层固井施工的要求,可根据油气田地层温度和腐蚀环境(CO2分压和湿度)调整其配方,获得更佳的防腐蚀效果。