[00637153]稠油热采井固井新型耐高温水泥体系研制与应用

该课题来源于为国家重大科技专项项目《渤海湾盆地辽河坳陷中深层稠油开发技术示范工程（二期）》子课题内容部分。现场稠油热采井固井通常采用在油井水泥中加入一定比例的石英砂，来提高凝固水泥石的耐高温性能，以达到防止水泥石高温强度衰退的目的。但在稠油的热采过程中，由于注入地层蒸汽温度可达350℃，加砂后的油井水泥石热稳定性仍然会降低，从井下取出的水泥石变得极为疏松。课题组针对稠油热采井注蒸汽开采高温水湿环境及井筒长期完整性、耐久性和安全性要求，系统、有效地有机整合水泥的组分、细度，依据铝酸盐水泥的特点，提出评价铝酸盐水泥作为稠油热采井固井水泥体系的基材，通过物理化学反应和晶型转换的本质研发配套的降失水剂、缓凝剂、高温稳定剂及制备水泥熟料的方法解决铝酸盐水泥用于热采井固井的缺陷，开发出一套稠油热采井固井新型耐高温水泥浆体系并于2013年在辽河油田进行了现场工业应用。利用铝酸盐熟料耐高温特性及硫铝酸盐熟料低温强度稳定的特性，开发了一种适用于稠油热采井固井用新型耐高温水泥。开发了稠油热采井新型耐高温水泥配套外加剂：适用于30～90℃作业环境的可控缓释海泡石基硼酸类复合缓凝剂；可改善浆体稳定性，降低滤失量，并与该水泥具有良好配伍性的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钙与N-异丙基丙烯酰胺二元共聚物降失水剂；以无定型二氧化硅和三氧化二铝为主要成分的高温稳定剂，保证水泥石经300～315℃两轮次高温后结构稳定，抗压强度不低于25MPa。建立了一套密度可控、性能可调的新型耐高温水泥浆体系，满足了辽河油田、克拉玛依油田等稠油热采井固井要求。在辽河油田现场应用3井次，固井质量优良，12周期注蒸汽作业后水泥环完整性保持良好，经济和社会效益显著。新型耐高温水泥体系首要的性能就是具有良好的耐高温能力，此外满足体系自身应具备的四大关键性能。良好的高温稳定性。选用研发出与耐高温水泥相配套的高温稳定剂及外加剂，使水泥石经高温（315℃×20.7MPa）后抗压强度不衰退、渗透率不增大，高温稳定性良好，保证水泥石的稳定性和均质，提高凝固水泥石的耐高温性能，耐久性满足长期热采开发需要。兼顾浆体四大关键工程性能。水泥浆提的的四大关键工程流变性、稳定性、降失水性以及稠化时间。铝酸盐水泥用于热采井固井其体系的流变性、稳定性及稠化时间调节难度大。研发缓凝剂与降失水剂及对铝酸盐水泥基材熟料的制备，使外加剂与水泥相互作用使水泥浆体系流变性好、具备良好的沉降稳定性，失水量小、稠化时间可调。最终使热采井固井用新型耐高温水泥浆体系的工程性能满足施工要求。良好的化学相容性。通过改善新型耐高温水泥体系的组成，使隔离液、钻井液与水泥浆以任意比例混合均未出现混浆流动性能变差现象。通过大量常规污染实验、变温实验及与铁离子的污染稠化实验（水泥浆常规污染实验按照7：3和7：2：1的比例混合后开展稠化实验）表明新型耐高温水泥浆与钻井液及隔离液的化学兼容性好，不会引起水泥浆处理剂负面响应，导致稠化时间缩短。开发出的新型耐高温水泥体系满足稠油热采井固井施工要求并达到稠油热采长期、多周期注蒸汽作业或火烧油层作业要求，为解决稠油热采钻采工程中固井层间封隔这一重大技术难题提供科学依据和新的技术对策，对非常规油气资源的开发具有重要的理论意义和应用价值。