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NeoCem水泥漿體系:低密度 高強度 更穩定

NeoCem水泥漿體系:低密度 高強度 更穩定

常規固井水泥漿密度較高,無法滿足特殊應用的需求,為此,哈里伯頓推出了NeoCem低密度水泥漿體系,該系統水泥密度較低,但性能絲毫不打折扣,應用范圍也更廣。

來自 | Halliburton
編譯 | 張德凱

NeoCem?是一款低硅酸鹽含量的水泥漿體系,相對于常規體系,NeoCem的密度更低,但抗壓性能、彈性和抗剪切力都更強。NeoCem是哈里伯頓的最新產品之一,合理結合了硅酸鹽水泥與特殊材料的物化性質。NeoCem是第一款可同時提高環空液壓密封性能和彈性的低硅酸鹽含量水泥漿體系。

實驗室測試對比了NeoCem與業內其他高密度水泥漿體系的性能。通常,固井水泥漿的密度越大,抗壓性能越強,水泥密度降低,相關性能也會隨之降低。然而,從1.2lb/gal以上(含1.2lb/gal)水泥漿體系對比中可以看出,NeoCem體系的性能更加優良:

1.可將抗剪切強度提高79%;
2.可將抗壓強度提高11%;
3.可將彈性可提高15%;
4.可將抗壓強度與楊氏模量比值(CS/YM)提高30%。

到目前為止,固井人員一直認為高密度的水泥漿體系更加耐用、穩定,大多數情況下事實情況也是如此。但對窄壓力窗口或地層疏松的油井而言,低密度水泥漿體系又必不可少。這個矛盾已經困擾了作業人員多年。

固井作業要實現指定地層的層間封隔,至少要滿足兩項指標。首先,環空中的水泥漿在到達指定位置前必須保持流動狀態,不能固化;其次,水泥漿凝固后,膠結段要保持靜止狀態,確保地層與套管之間的壓力隔離。若是兩項指標中的任意一個沒有達到,那么將會導致油井成本增加,為了使投入成本得到最大的回報,務必要確保每一步都在最佳狀態下完成。

NeoCem水泥漿體系非常適合井筒隔離作業,是一種非??煽康墓叹桨?。同時,NeoCem的基體材料簡單,操作效率也得到了提高。

從應用的預期性來看,NeoCem水泥漿體系能夠為環空提供可靠的隔離保障,無論是生產中的套管周期性伸縮與擴張,還是在鉆完井期間的震蕩性沖擊,NeoCem都能保證套管完整性。一個合格的固井屏障可以承受地層坍塌、反復荷載造成的疲勞、腐蝕損傷等,即使是在溫度(高達數百攝氏度)與壓力(高達10000psi)頻繁波動的井中,NeoCem都能完美保障井筒完整性。

NeoCem體系優點

1.水泥漿密度更低,有助于控制當量循環密度,同時保證隔離性能;
2.構成的環形水泥隔離層性能穩定,能夠承受井筒生命周期內的壓力、溫度頻繁波動。

NeoCem與常規水泥漿對比

哈里伯頓在實驗室中對NeoCem水泥漿體系性能進行了大量的測試,以常規油井狀況為對比基準,測試溫度(215oF/102oC)和壓力(3,000psi/20.7MPa)保持穩定。

NeoCem水泥漿體系:低密度 高強度 更穩定NeoCem水泥漿體系:低密度 高強度 更穩定

實驗結果表明,雖然NeoCem體系密度更低,但其抗壓強度系數要比常規水泥漿體系高30%左右,這也就意味著NeoCem的抗壓強度更高,楊氏模量更小。說明相對于常規水泥漿體系,NeoCem承受壓力載荷周期性變化的能力更強,能夠有效防止膠結段開裂損壞。NeoCem的楊氏模量更低,泊松比更高,說明其柔韌性更好,能更好地抵抗套管膨脹/收縮可能引起的坍塌問題。

NeoCem水泥漿體系:低密度 高強度 更穩定

在狗腿度測試中,測試目標中心承受的應力更大,也是最容易發生破裂的區域,測試足以證明NeoCem的抗拉能力。相對于巴西實驗法,狗腿測試更能證明水泥固井技術的抗拉強度。

應用案例分析1

作業挑戰

北美的一處陸地油田,油藏中段的鉆井作業無法順利進行,該開發商向哈里伯頓尋求幫助,希望能夠解決鉆井難題,順利鉆達預定固井深度,同時還要保證套管連接處完整性,以便后期生產作業繼續進行。

解決方案

哈里伯頓提供了NeoCem低密度水泥漿固井技術。

作業結果

目標地層的靜液壓載荷下降,固井水泥漿順利通過漏失區域,到達預定固井段,保證了套管對接處的完整性,所有結果都得到了水泥膠結測井的驗證。

應用案例分析2

地點:俄克拉哈馬州中南部油區

作業挑戰

1.地層條件復雜,在技術套管相同的井中作業時,無法取得一致的作業結果;
2.地層疏松,鉆井、固井作業漏失嚴重;
3.固井水泥漿無法抵達預定固井段;
4.為滿足作業前鉆井的FIT(地層完整性)要求,固井完整性至關重要。

解決方案

1.為了滿足開發商的要求,必須提供一款密度低,且與高密度水泥漿體系性能相同或更好的水泥漿體系;
2.分析歷史數據發現,常規水泥漿體系無法應用于該油田;
3.哈里伯頓的新技術NeoCem可以滿足該區塊的作業要求;
4.iCem?模擬服務確認作業可行。

作業結果

1.地層靜壓下降,固井水泥漿成功通過漏失段;
2.作業過程中無漏失現象發生;
3.水泥膠結測井圖表明固井作業成功完成,套管完整性有保證;
4. 6口井的FIT測試表明固井作業取得全面成功。

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白礬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。
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