钻采工艺 | 南海万亿大气田的开发壁垒:超高温防腐水泥浆如何突破?

文摘   2024-08-04 06:50   湖北  

作者|张福铭 肖伟 朱思佳 石礼岗 赵军

原题|超高温高密度防腐防窜水泥浆

来源|钻井液与完井液

小编|小油

这是"油气研究前瞻"的第241篇文章

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全文导读


在南海这片蕴藏着丰富油气资源的海域,地质构造的复杂性与极端环境条件为油气勘探开发带来了前所未有的挑战。近日,一项创新研究成果引起了业界的广泛关注,它为解决南海超高温高压气田固井技术瓶颈问题提供了新的思路和方法。这项研究不仅成功构建了耐温达220℃、防环空气窜、防CO2腐蚀的超高密度水泥浆体系,而且在实际勘探开发中取得了显著效果,为南海乐东区块及类似极端复杂井况下的油气田全面开发提供了强有力的技术支持。
南海作为全球三大海上高温高压区域之一,其地质构造异常复杂。已钻井井底温度高达249℃,压力梯度为2.4 MPa/100 m,CO2含量更是高达50%。这些极端条件导致该区域油气资源勘探开发长期受到异常压力预测误差大、井筒泄漏及环空带压严重、测试安全风险高、成本巨高等钻完井技术瓶颈的制约。特别是乐东某区块,目的层温度达到210℃,压力系数在2.20~2.29之间,压力窗口仅为0.04~0.05,且存在CO2等腐蚀气体,属于固井后环空气窜高危险井。在这样的极端复杂井况下,如何提高固井质量、防止环空气窜及CO2腐蚀成为了亟待解决的问题。然而,针对这些问题的研究并不多,如何保证安全固井施工也没有成熟的技术可供借鉴。
面对这一挑战,研究人员通过深入分析和大量实验研究,创新性地构建了一套适应南海超高温高压气田特点的固井技术方案。他们选用还原铁粉、锰矿粉、不同目数硅粉等进行颗粒级配作为固相材料,以低活性MgO为晶格膨胀剂防止水泥环回缩,以特种胶乳为防腐、防气窜材料,以有机、无机插层聚合物为高温悬浮稳定剂等,成功构建了耐温达220℃、防环空气窜、防CO2腐蚀的超高密度水泥浆体系。这一突破性成果有效解决了该区块千亿立方米大气田勘探开发水泥浆技术瓶颈问题,为南海乐东区块及类似极端复杂井况下的油气田全面开发提供了强有力的技术支持。
研究人员在构建超高温高密度水泥浆体系的过程中取得了多项创新成果:
1. 通过以锰矿粉、水泥、硅粉、还原铁粉为固相材料形成三级颗粒级配,进一步提高了水泥石的致密性。这种颗粒级配方案既发挥了锰矿粉辅助下灰、稳定浆体的作用,又发挥了还原铁粉密度大、加量少的优势。适宜的锰矿粉掺量为30%~50%,而100目硅粉与800目硅粉搭配使用时,掺量为50%的情况下能够在220℃、2.50 g/cm3的条件下养护34天,抗压强度小幅增加且无衰退。
2. 特种胶乳作为防腐防窜剂在超高温下能够填充缝隙并聚结成膜,降低水泥石的渗透率和孔隙度;高温膨胀剂则优化了孔结构,减小了大孔道并封堵了微环隙;三级颗粒级配则提高了水泥石的密实性。这三者结合形成了“特种胶乳、高温膨胀剂、颗粒级配”三合一防腐防窜组合,使得超高温高密度水泥浆SPN值不大于0.5。在CO2分压为50%、养护压力为100 MPa、养护温度为180~220℃的腐蚀条件下腐蚀180天后,抗压强度显著增加至腐蚀前的3倍左右,渗透率小于0.01 mD且略有增加。水化产物也由腐蚀前的C6S6H(硬硅钙石)转变为CaCO3、SiO2。
3. 通过上述材料以及AMPS类降失水剂、缓凝剂和有机、无机插层聚合物类高温悬浮稳定剂等构建的2.40~2.60 g/cm3超高温高密度防腐防窜水泥浆在220℃养护24小时后的抗压强度大于25 MPa。其稠化时间易于调节,下灰时间不大于40秒,水泥石上下密度差小于0.01,完全满足现场施工要求。
综上所述,这项创新研究为解决南海超高温高压气田固井技术难题提供了有效的解决方案。它不仅提高了固井质量、防止了环空气窜及CO2腐蚀的发生,还降低了勘探开发过程中的安全风险和成本支出。这对于推动我国乃至全球超高温高压气田勘探开发技术的发展具有重要意义。我们强烈推荐广大油气勘探开发领域的研究人员和工程师关注并学习这项研究成果,以便更好地应对类似极端复杂井况下的固井技术挑战。


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HIGHLIGHT图片


图1 加重剂电镜图

图2 220 ℃下,B30S不同加量下的水泥石线性膨胀率

图3 220 ℃下,B30S不同加量下的水泥石7 d抗压强度

图4 超高温高密度防腐防窜水泥浆稠化时间与缓凝剂加量的变化规律

图5 2.50 g/cm

图6 2.60 g/cm

图7 2.50 g/cm

图8 配方4不同腐蚀龄期下的外观及腐蚀深度

图9 配方不同腐蚀龄期下的XRD图谱

图10 配方不同腐蚀龄期下的扫描电镜图谱


免责声明:本文仅用于学术交流和传播,不构成投资建议

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