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低密度水泥提供高强度完整性

低密度水泥提供高强度完整性

低密度水泥能够满足日益苛刻的作业挑战,为开发商带来更高收益。

编译:惊蛰

随着水平段变长、压裂级数变多、泵速变高,北美的水平井钻井技术蓬勃发展。油气行业作业人员渴望减少建井作业时间与成本,因此在缩短套管长度、缩小环空面积、增加环空长度方面做了大量研究,从而使脆弱的地层长时间暴露于更高的井底压力下。

因此,暴露的地层,更长的水平段,更小的环空,对成功完成固井作业提出了新的挑战。如今,固井作业需要密度更低、更稳定的水泥浆,以及能够适应井下压力与温度变化的水泥,来充填裂缝,保持环空的水力封隔。这些挑战促使作业者寻求替代方案,以实现高质量的固井作业。

低密度水泥系列

固井作业中需要确定水泥浆密度,使液柱压力介于孔隙压力与破裂压力之间。高密度水泥通常能够提供更高的抗压强度,然而,它会造成更高的环空压力,并可能对地层施加过大的力,导致地层漏失。

传统的高强度、低密度水泥浆包括氮气泡沫水泥、低密度玻璃微珠混合水泥。这两种解决方案都存在较高的作业难度,而且成本高昂,经济效益有限。

IntegraCem LITE水泥提供了经济有效、操作简便的解决方案,水泥浆密度低至9.5ppg。在水泥浆的驱替过程中,低密度水泥可降低静液柱压力,从而降低漏失风险。为了克服完井作业引起的井筒应力,该水泥可根据所需的抗压强度定制化设计。此外,该水泥还可设计固化时间与凝胶转变,以防止气窜,从而确保井筒的完整性。

IntegraCem LITE是一系列高品质、低密度水泥,比传统水泥更轻,强度更高。这种低密度水泥产品包括了可全面定制的混凝土水泥与独家的专利水泥混合物。该公司的低密度水泥始终如一,可以提供卓越的抗拉强度与抗压强度,提高了环空密封的完整性。

这些材料经过精心设计,可优化水泥固化后的性能:低密度、高强度、低渗透性。同时,在各种井底温度下,还能确保水泥浆的稳定性。

通过改变混合材料的比例,水泥的密度与性能可以调整到特定要求,从而增强了现场混合材料的通用性。设计出的水泥浆体系可提供良好的稳定性,达到自由水控制、颗粒悬浮、流体损失控制、零收缩的目的,进一步提高了环空的完整性。

IntegraCem LITE混合物也可以提高作业效率。利用该混合物,无需完全重新设计,即可改变水泥浆的密度。这种水泥混合物是天然火山灰,经大量测试发现,添加该新型低密度材料的水泥,固化后的性能优于传统水泥。

内部实验室测试评估了这种低密度水泥在不同密度下的性能,包括:抗拉强度、抗压强度、透水性、力学性能(杨氏模量与泊松比)、压力与温度下的收缩/膨胀、水泥浆性能(流体损失、自由水、混合性、泵送时间等)。

首先,通过测试不同温度下的表面粘度以及水泥浆中的自由水与失水性,来评估泥浆的性能。这些测试可评价水泥浆的失水性与稳定性,这对长水平井而言很重要。结果表明,它具有良好的控水性、更高的悬浮性,有利于降低失水量。

然后测试了低密度水泥固化后的强度与渗透性。测试时间间隔为12至72小时。在每次测试中,该水泥混合物的抗压强度与抗张强度明显高于常规水泥,而且固化后,它的渗透性更低,力学性能更好(杨氏模量更低,泊松比更高)。早期抗压强度越高,完成整个固井作业的时间就越短,从而能够更快的进行下一阶段的钻井作业。固化后水泥的渗透率、弹塑性与收缩性越低,说明井筒完整性越好,层间隔离越好。

在北美油井作业中, BJ服务公司使用了低密度水泥,实现了优质固井作业,将复杂性降至最低,其选用的材料也都符合标准。

在北达科他州,某油气公司需要一种低密度水泥,能够在低温下获得较高的早期抗压强度。BJ服务公司推荐了一种本地即可采购的低密度混凝土水泥。该水泥的密度为11.5 ppg,其强度已超过要求的强度,可提供可靠的环空密封,避免循环漏失,水泥顶也符合要求,从而使开发商能够快速执行下一阶段的钻进作业。

同样,在Permian区块,BJ服务公司选用了IntegraCem LITE系列产品。在这种情况下,使用其独有的天然火山灰材料的优质混合水泥,非常适合该区块所需密度为10.5 ppg水泥浆。经过定制设计后,这些水泥浆可提供满足或超过设计要求的力学性能,并可优化井的施工工艺。

低密度水泥对于实现井筒的长期完整性具有重要意义,同时还可遵守法规要求,克服水平井作业带来的挑战。

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