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NeoCem水泥浆体系:低密度 高强度 更稳定

NeoCem水泥浆体系:低密度 高强度 更稳定

常规固井水泥浆密度较高,无法满足特殊应用的需求,为此,哈里伯顿推出了NeoCem低密度水泥浆体系,该系统水泥密度较低,但性能丝毫不打折扣,应用范围也更广。

来自 | Halliburton
编译 | 张德凯

NeoCem™是一款低硅酸盐含量的水泥浆体系,相对于常规体系,NeoCem的密度更低,但抗压性能、弹性和抗剪切力都更强。NeoCem是哈里伯顿的最新产品之一,合理结合了硅酸盐水泥与特殊材料的物化性质。NeoCem是第一款可同时提高环空液压密封性能和弹性的低硅酸盐含量水泥浆体系。

实验室测试对比了NeoCem与业内其他高密度水泥浆体系的性能。通常,固井水泥浆的密度越大,抗压性能越强,水泥密度降低,相关性能也会随之降低。然而,从1.2lb/gal以上(含1.2lb/gal)水泥浆体系对比中可以看出,NeoCem体系的性能更加优良:

1.可将抗剪切强度提高79%;
2.可将抗压强度提高11%;
3.可将弹性可提高15%;
4.可将抗压强度与杨氏模量比值(CS/YM)提高30%。

到目前为止,固井人员一直认为高密度的水泥浆体系更加耐用、稳定,大多数情况下事实情况也是如此。但对窄压力窗口或地层疏松的油井而言,低密度水泥浆体系又必不可少。这个矛盾已经困扰了作业人员多年。

固井作业要实现指定地层的层间封隔,至少要满足两项指标。首先,环空中的水泥浆在到达指定位置前必须保持流动状态,不能固化;其次,水泥浆凝固后,胶结段要保持静止状态,确保地层与套管之间的压力隔离。若是两项指标中的任意一个没有达到,那么将会导致油井成本增加,为了使投入成本得到最大的回报,务必要确保每一步都在最佳状态下完成。

NeoCem水泥浆体系非常适合井筒隔离作业,是一种非常可靠的固井方案。同时,NeoCem的基体材料简单,操作效率也得到了提高。

从应用的预期性来看,NeoCem水泥浆体系能够为环空提供可靠的隔离保障,无论是生产中的套管周期性伸缩与扩张,还是在钻完井期间的震荡性冲击,NeoCem都能保证套管完整性。一个合格的固井屏障可以承受地层坍塌、反复荷载造成的疲劳、腐蚀损伤等,即使是在温度(高达数百摄氏度)与压力(高达10000psi)频繁波动的井中,NeoCem都能完美保障井筒完整性。

NeoCem体系优点

1.水泥浆密度更低,有助于控制当量循环密度,同时保证隔离性能;
2.构成的环形水泥隔离层性能稳定,能够承受井筒生命周期内的压力、温度频繁波动。

NeoCem与常规水泥浆对比

哈里伯顿在实验室中对NeoCem水泥浆体系性能进行了大量的测试,以常规油井状况为对比基准,测试温度(215ºF/102ºC)和压力(3,000psi/20.7MPa)保持稳定。

NeoCem水泥浆体系:低密度 高强度 更稳定NeoCem水泥浆体系:低密度 高强度 更稳定

实验结果表明,虽然NeoCem体系密度更低,但其抗压强度系数要比常规水泥浆体系高30%左右,这也就意味着NeoCem的抗压强度更高,杨氏模量更小。说明相对于常规水泥浆体系,NeoCem承受压力载荷周期性变化的能力更强,能够有效防止胶结段开裂损坏。NeoCem的杨氏模量更低,泊松比更高,说明其柔韧性更好,能更好地抵抗套管膨胀/收缩可能引起的坍塌问题。

NeoCem水泥浆体系:低密度 高强度 更稳定

在狗腿度测试中,测试目标中心承受的应力更大,也是最容易发生破裂的区域,测试足以证明NeoCem的抗拉能力。相对于巴西实验法,狗腿测试更能证明水泥固井技术的抗拉强度。

应用案例分析1

作业挑战

北美的一处陆地油田,油藏中段的钻井作业无法顺利进行,该开发商向哈里伯顿寻求帮助,希望能够解决钻井难题,顺利钻达预定固井深度,同时还要保证套管连接处完整性,以便后期生产作业继续进行。

解决方案

哈里伯顿提供了NeoCem低密度水泥浆固井技术。

作业结果

目标地层的静液压载荷下降,固井水泥浆顺利通过漏失区域,到达预定固井段,保证了套管对接处的完整性,所有结果都得到了水泥胶结测井的验证。

应用案例分析2

地点:俄克拉哈马州中南部油区

作业挑战

1.地层条件复杂,在技术套管相同的井中作业时,无法取得一致的作业结果;
2.地层疏松,钻井、固井作业漏失严重;
3.固井水泥浆无法抵达预定固井段;
4.为满足作业前钻井的FIT(地层完整性)要求,固井完整性至关重要。

解决方案

1.为了满足开发商的要求,必须提供一款密度低,且与高密度水泥浆体系性能相同或更好的水泥浆体系;
2.分析历史数据发现,常规水泥浆体系无法应用于该油田;
3.哈里伯顿的新技术NeoCem可以满足该区块的作业要求;
4.iCem®模拟服务确认作业可行。

作业结果

1.地层静压下降,固井水泥浆成功通过漏失段;
2.作业过程中无漏失现象发生;
3.水泥胶结测井图表明固井作业成功完成,套管完整性有保证;
4. 6口井的FIT测试表明固井作业取得全面成功。

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。

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