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低密度水泥提供高強度完整性

低密度水泥提供高強度完整性

低密度水泥能夠滿足日益苛刻的作業挑戰,為開發商帶來更高收益。

編譯:驚蟄

隨著水平段變長、壓裂級數變多、泵速變高,北美的水平井鉆井技術蓬勃發展。油氣行業作業人員渴望減少建井作業時間與成本,因此在縮短套管長度、縮小環空面積、增加環空長度方面做了大量研究,從而使脆弱的地層長時間暴露于更高的井底壓力下。

因此,暴露的地層,更長的水平段,更小的環空,對成功完成固井作業提出了新的挑戰。如今,固井作業需要密度更低、更穩定的水泥漿,以及能夠適應井下壓力與溫度變化的水泥,來充填裂縫,保持環空的水力封隔。這些挑戰促使作業者尋求替代方案,以實現高質量的固井作業。

低密度水泥系列

固井作業中需要確定水泥漿密度,使液柱壓力介于孔隙壓力與破裂壓力之間。高密度水泥通常能夠提供更高的抗壓強度,然而,它會造成更高的環空壓力,并可能對地層施加過大的力,導致地層漏失。

傳統的高強度、低密度水泥漿包括氮氣泡沫水泥、低密度玻璃微珠混合水泥。這兩種解決方案都存在較高的作業難度,而且成本高昂,經濟效益有限。

IntegraCem LITE水泥提供了經濟有效、操作簡便的解決方案,水泥漿密度低至9.5ppg。在水泥漿的驅替過程中,低密度水泥可降低靜液柱壓力,從而降低漏失風險。為了克服完井作業引起的井筒應力,該水泥可根據所需的抗壓強度定制化設計。此外,該水泥還可設計固化時間與凝膠轉變,以防止氣竄,從而確保井筒的完整性。

IntegraCem LITE是一系列高品質、低密度水泥,比傳統水泥更輕,強度更高。這種低密度水泥產品包括了可全面定制的混凝土水泥與獨家的專利水泥混合物。該公司的低密度水泥始終如一,可以提供卓越的抗拉強度與抗壓強度,提高了環空密封的完整性。

這些材料經過精心設計,可優化水泥固化后的性能:低密度、高強度、低滲透性。同時,在各種井底溫度下,還能確保水泥漿的穩定性。

通過改變混合材料的比例,水泥的密度與性能可以調整到特定要求,從而增強了現場混合材料的通用性。設計出的水泥漿體系可提供良好的穩定性,達到自由水控制、顆粒懸浮、流體損失控制、零收縮的目的,進一步提高了環空的完整性。

IntegraCem LITE混合物也可以提高作業效率。利用該混合物,無需完全重新設計,即可改變水泥漿的密度。這種水泥混合物是天然火山灰,經大量測試發現,添加該新型低密度材料的水泥,固化后的性能優于傳統水泥。

內部實驗室測試評估了這種低密度水泥在不同密度下的性能,包括:抗拉強度、抗壓強度、透水性、力學性能(楊氏模量與泊松比)、壓力與溫度下的收縮/膨脹、水泥漿性能(流體損失、自由水、混合性、泵送時間等)。

首先,通過測試不同溫度下的表面粘度以及水泥漿中的自由水與失水性,來評估泥漿的性能。這些測試可評價水泥漿的失水性與穩定性,這對長水平井而言很重要。結果表明,它具有良好的控水性、更高的懸浮性,有利于降低失水量。

然后測試了低密度水泥固化后的強度與滲透性。測試時間間隔為12至72小時。在每次測試中,該水泥混合物的抗壓強度與抗張強度明顯高于常規水泥,而且固化后,它的滲透性更低,力學性能更好(楊氏模量更低,泊松比更高)。早期抗壓強度越高,完成整個固井作業的時間就越短,從而能夠更快的進行下一階段的鉆井作業。固化后水泥的滲透率、彈塑性與收縮性越低,說明井筒完整性越好,層間隔離越好。

在北美油井作業中, BJ服務公司使用了低密度水泥,實現了優質固井作業,將復雜性降至最低,其選用的材料也都符合標準。

在北達科他州,某油氣公司需要一種低密度水泥,能夠在低溫下獲得較高的早期抗壓強度。BJ服務公司推薦了一種本地即可采購的低密度混凝土水泥。該水泥的密度為11.5 ppg,其強度已超過要求的強度,可提供可靠的環空密封,避免循環漏失,水泥頂也符合要求,從而使開發商能夠快速執行下一階段的鉆進作業。

同樣,在Permian區塊,BJ服務公司選用了IntegraCem LITE系列產品。在這種情況下,使用其獨有的天然火山灰材料的優質混合水泥,非常適合該區塊所需密度為10.5 ppg水泥漿。經過定制設計后,這些水泥漿可提供滿足或超過設計要求的力學性能,并可優化井的施工工藝。

低密度水泥對于實現井筒的長期完整性具有重要意義,同時還可遵守法規要求,克服水平井作業帶來的挑戰。

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