胜科一井超高温水泥浆体系的研究与应用

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1、胜科1井超高温水泥浆体系的设计与应用孙玲1蔡涛2（1.胜利石油管理局黄河钻井固井公司，山东东营；2.山东胜油固井工程技术有限公司，山东东营）摘要：针对胜科1井井底温度高、底部有盐水层的情况，合成出新型超高温缓凝剂、抗盐降失水剂，并对其抗高温、耐盐性能进行了试验分析；通过添加热稳定剂提高了水泥石热稳定性和抗压强度；设计出胜科1井尾管固井水泥浆方案，并成功进行了胜科1井固井作业。关键词：胜科1井超高温水泥浆体系抗高温抗盐现场应用引言目前，随着各油田勘探开发的不断深入，勘探目标已逐步向深井、超深井方面发展，井底温度随井深的增加迅速提高，钻井、

2、完井过程中地下异常情况时有发生，给固井工程带来了许多问题。中石化重点探井胜科1井位于中央隆起带西部，是胜利油田开发史上井深最深的一口井,本井完钻井深7026m，井底温度达到235℃，而且底部有盐水层，对水泥浆体系提出了抗高温、抗盐的较高要求。深井的高温高压会引起水泥浆稠化时间突变、水泥石强度衰退、高温材料混合水延迟使用失效等等系列问题[1-2]，而且当水泥浆通过盐岩层井段时，水泥浆中游离液因含盐浓度低而溶解盐岩层，水泥浆遭受污染，给固井作业带来相当大风险[3]。因此要顺利地完成固井作业，就要求外加剂在超高温、岩盐条件下性能优良，单靠进口

3、或引进相关外加剂，远远不能满足油田所面临的深井固井难题，并且进口、引进的成本很高，因此研究开发新的超高温水泥外加剂体系（主要为缓凝剂和降失水剂，其它现有外加剂及外掺料性能可满足要求）是极其必要的。1.超高温缓凝剂、抗盐降失水剂的合成与性能试验1.1超高温缓凝剂的合成与性能测试在深井的高温高压条件下，要取得较长的稠化时间，使用合理的缓凝剂是水泥浆设计及优化处理的中心问题。胜科1井的超高温和盐水层都会大大缩短水泥浆的稠化时间，因此为了顺利完成该井的固井任务，需要合成新的超高温耐盐缓凝剂。我们在新型超高温缓凝剂中引入了磺酸基料，使该缓凝剂具有

4、较好的耐高温、抗盐性能。磺酸基料作为新一代的水溶性聚合物，由于其结构式中含有强阴离子性、水溶性的磺酸基团，酰胺基团以及不饱和双键，使其具有优良的性能。同时从分子结构考虑，两个л键和3个强电负性氧原子共享一个负电荷，使-SO3H稳定，对外界阳离子的进攻不敏感；酰胺基团使其有很好的抗酸、抗碱及热稳定性；再则基料的结构支链化程度很高，空间位阻较大，1使主链的刚性增强，这些对改善聚合物的耐温性及抗盐性都有很好的作用。1.1.1合成此次试验是用新型单体、基料和改进糖类等合成出抗高温、抗盐性能的缓凝剂。实验过程中以合成产品测得的稠化时间为指标来筛选

5、样品。4实验中影响因素是：基料、不饱和酸、糖类和引发剂，各因素确定三个水平。采用L9(3)正交实验，固定反应温度，通过改变引发剂用量及糖类、基料、不饱和酸的比例得到系列产物，测得在180℃每一产物的稠化时间，再根据稠化时间的长短筛选得到较好配比的缓凝剂。表1组分水平表水平123因素A[基料(g)]1.753.55.25B[不饱和酸(g)]6.487.27.92C[糖类(g)]101520D[引发剂(g)]0.1%0.2%0.3%注：表中0.1%是指引发剂占单体总量的0.1%。表2正交实验表列号ABCD稠化时间(min)实验号111119

6、92122216431333130421231435223117762312131731321588321312193321144k1400354351420k2462434451453k3375417466397Σ=1266133.3118117140187.3144.6147147.7127.3139155.3132.1R6025.437.715.6注：样品加量(以有效成分计)0.4%通过比较正交实验中的值，得到较佳因素水平组合A2B2C3D2，即基料3.5g、不饱和酸7.2g、糖类20g、引发剂用量为单体的0.2%。在此基础上对影

7、响产品缓凝性能的几个2主要因素放大，进一步研究这些因素用量对缓凝性能的影响。与未进行放大实验时的测试结果相比较，放大实验的测试结果变化不大。这说明以上实验条件、方案是可行的。1.1.2性能测试将合成的缓凝剂加入水泥浆中，浆体性能测试按API规范进行。（1）高温缓凝试验此次合成的缓凝剂应用于高温环境下，因此在其应用范围进行缓凝性能测试。在同一温度下进行不同加量以及随着温度的升高，不断增大缓凝剂用量进行水泥浆稠化时间的测试（试验最高温度220℃），试验结果如表3所示。表3高温缓凝剂稠化性能测试温度(℃)样品加量(%)稠化时间(min)初始稠

8、度(Bc)1100.3172131100.4231141300.2108131600.5151151800.7172152000.9201142201.127414结果表明：该水泥浆体系初始稠度较低，易于泵