防止水泥石高温强度衰退的液体外加剂的成功应用.pdfVIP

液体水泥石防高温强度衰退剂的成功应用 天津滨海鼎力石油固井技术有限公司 田中雨译 摘要 当凝固的波特兰水泥处于高温环境下，特别是在 110-120℃以上时，水泥石的性能就 会产生变化，从而造成孔隙度的显著增加及水泥石的强度衰退。这些问题随温度的升高及 时间的延长会变得更加突出，从而潜在的影响了水泥石对地层的长期封隔效果。通常，采 用硅砂（或石英砂）与水泥预先混合的方式来防止强度衰退，硅粉也是常用的防强度衰退 材料。但是，有些时候，必须要求尽量减少现场负责干混的工人与结晶硅干粉的接触。 早在 2003 年北海的挪威海域，作业商就与服务商合作采用了一种新开发的液体材料， 代替干混硅粉，用于防止水泥石强度衰退。选择这种液体材料的理由是水泥浆的性能更有 保障，使???也比干混硅粉更方便。首次现场应用使用了 0.9m3 的液体防强度衰退材料且十 分顺利的配制出了高性能的水泥浆。固井后的承压试验表明该次射孔挤水泥作业获得了良 好的一界面胶结质量。数周之后，这种液体材料又被成功应用到了常规注水泥作业。 本文采用案例详细表述了采用液体防强度衰退材料取得首次注水泥作业成功的方法， 并概括出了使用该液体外加剂的优势所在，结论部分则提供了提高液体防强度衰退材料稳 定性的一些途径。 简介 在钻井平台上使用不同型号水泥及多种干混材料带来的不足是作业后经常存在剩余 材料的排放问题，从而造成了额外的材料及物流费用损失，并且有时还存在额外的废料处 理费用。常常，海洋固井需要用到防强度衰退材料的都是小型作业，高达 35%的固井水泥 混合物在转运环节损失或被最终丢弃。过去的一些可行做法如今都已不可行，尽管有些多 余的干混材料当通过了 PLONOR 标准时，排放有时被认为是无害的，如今这种排放也因 受到越来越多的关注而被禁止。这种减少浪费和排污的发展趋势自然地促使了液体外加剂 代替相应的固体干混材料应用于海洋固井作业。甚至在浅层水窜流等一些多年使用干混材 料（如石膏-波特兰水泥）的非常专业化的应用领域，也有一些液体外加剂获得了成功应用。 使用液体外加剂也有它的优缺点，但是可以肯定的是液体外加剂付予了固井设计更多 的灵活性，可以实现施工前的即时调整。但是正如 Grant 和 Al 所言，如果现场仍需采用 某种干混材料的话，使用液体外加剂的所有优势无疑都将被削弱。将材料干混很难保证均 匀，而采用液体外加剂可以很容易实现对加量的准确控制。经常采用混入超过理论需求的 干混材料（如硅粉）量的方式以确保整个混合物中局部最低的外掺料比例仍能达到设计要 求。为实现对质量的控制，我们从海洋平台上的灰罐对常规干混水泥进行了采样分析。表 1 列出了这些样品中硅粉含量的检测结果。虽然一些样品中的低硅量肯定缘于“勺子效应”， 但是我们仍然无法想象含有过低或过高硅粉量的水泥环的封隔效果会是什么样子。 表 1 干混水泥中的硅粉含量检测值示例（样品取自平台灰罐，用于质量控制分析） %BWOC %BWOC %BWOC 28.4 25.7 48.6 57.6 19 20 19.5 14.9 16.6 22.9 18.9 14.4 1）这些样品中硅粉的理论比例是 35%（BWOC）。 2）虽然这些样品中的硅粉含量的差异是由于“勺子效应”所导致，但是这些数据很清楚的表明了 干混很难达到均匀。当然，附加一定的硅粉/硅砂量及顶替过程中水泥浆的内部混合会一定程度的减轻 这程干混不均的影响。 过去的这些年在改善水泥环的韧性、提高水泥石抗裂及裂缝延展性方面已作出了许多 有价值的努力。纤维、胶乳、弹性橡胶颗粒被加入到传统水泥与硅粉的混合材中。这些努 力主要是针对解决一些复杂井（如高温高压井或高温井）的固井难题。必须注意的是，这 些努力都是基于假设在井下，比如说 5000m 以下，35%或 40%（BWOC）的硅粉能