一种控制水泥浆水化热提高固井质量的固井方法技术

本发明专利技术提供了一种控制水泥浆水化热提高固井质量的固井方法。该方法是通过控制水泥浆的水化放热程度和/或水化放热速率，改善水泥浆固化形成水泥石过程中的水化放热情况，改善水泥石与界面的胶结质量，进而提高裸眼段和/或重合段的固井质量的方法。本发明专利技术首次提出了控制水泥浆水化热提高固井质量的固井方法，是固井技术的阶段性、里程碑式的突破，能够大大地促进固井行业技术进步，为油气井固井质量提高、环空带压风险的降低提供强有力的技术支撑，对保障油气资源的勘探开发可持续发展具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种控制水泥浆水化热提高固井质量的固井方法
本专利技术涉及一种控制水泥浆水化热提高固井质量的固井方法，属于石油固井

技术介绍
随着油气资源勘探开发的不断进步，油气井的长期安全有效运行对井筒完整性提出了较高的要求，其中水泥环密封完整性是井筒完整性的核心。水泥环密封完整性一般是通过固井质量和井口的环空带压情况宏观表现，是固井技术保证良好层间封隔的关键性体现。而固井是一次性、隐蔽性工程，是需要考虑材料、力学、热力学、化学等方面的综合性技术。目前随着固井外加剂、固井水泥浆体系、固井工具、固井工艺技术等固井技术的不断进步，固井质量和预防环空带压在一定程度上得到大幅提升，但固井技术仍是一项“有办法、无把握”的技术，原因是虽然在固井外加剂、固井水泥浆体系、固井工具、固井工艺技术已经相对成熟，但是仍存在水泥浆体系与地质及工程条件的匹配性难以准确控制的问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种提高固井质量的固井方法，通过控制水泥浆水热化的程度和/或速率来对于水泥浆固化形成水泥石过程中与界面的胶结质量效果的改善，进而提高固井质量。为达到上述目的，本专利技术提供了一种控制水泥浆水化热提高固井质量的固井方法，其中，该方法是通过控制水泥浆的水化放热程度和/或水化放热速率，改善水泥浆固化形成水泥石过程中的水化放热情况，改善水泥石与界面的胶结质量，进而提高裸眼段和/或重合段的固井质量的方法。上述界面包括地层界面(即水泥浆形成的水泥石与地层接触的界面)和/或套管界面(即水泥浆形成的水泥石与套管接触的界面)。专利技术人研究发现在固井过程中，水泥浆在终凝期间会出现水化放热的高峰，水化放热会引起封隔段温度升高，而终凝期间的水泥浆逐渐硬化成水泥石，终凝结束初期，封隔段温度仍较水泥浆液态时高很多，随着时间的推移，封隔段的温度逐渐降低恢复至地层温度。水泥浆封隔段的温度变化程度是与界面胶结质量的好坏即固井质量的好坏存在一定关系的，目前固井行业并未关注，更未引起行业重视，在很大程度上制约了固井技术的进步。本专利技术提供的控制水泥浆水化热提高固井质量的固井方法是从水泥浆水化放热程度方面提出在水泥浆体系中掺入适当的添加剂来控制水泥浆水化放热程度和/或水化放热速率，改善水泥浆固化形成水泥石的过程中与两种界面的胶结质量，保证第一界面是套管、第二界面是地层的裸眼段固井、两种界面都是套管的重合段固井的固井质量，为裸眼段和重合段固井的水泥浆体系选择提供科学合理的理论依据。在上述方法中，优选地，提高裸眼段的固井质量通过提高水泥浆的水化放热程度和/或提高水泥浆的水化放热速率，使所形成的水泥石和地层的弹性模量、热膨胀系数等参数的差值小于水泥石和套管的相应参数的差值，并且，水泥石和地层的弹性模量、热膨胀系数等参数的差值越小越好。其中，提高水泥浆的水化放热程度可以通过向水泥浆中添加高水化热类材料(例如促凝早强剂)实现；提高水泥浆的水化放热速率是指使水化热曲线的斜率更高，也就是曲线更陡，优选通过添加促凝早强剂的方式、缩短水泥浆稠化安全附加时间的方式中的一种或两种以上的组合实现。本专利技术所采用的高水化热类材料可以是任何能够促进水泥水化的材料，优选包括促凝早强剂；所采用的促凝早强剂优选包括氯化钠、碳酸钠、甲酸钠、亚硝酸钠、氯化钙、甲酸钙、硫酸钙、偏硅酸钙、铝酸钠、偏高岭土、三硅酸镁、氧化镁、硫酸锶、碳酸锶、硝酸锶、碳酸锂、石膏、半水石膏、二水石膏、氧化镁、氧化钙、活性矿渣、超细水泥等中的一种或两种以上的组合。在上述方法中，优选地，提高重合段的固井质量通过降低水泥浆的水化放热程度和/或降低水泥浆的水化放热速率，降低水泥浆固化形成水泥石过程中的温度变化差值实现的，上述温度变化差值是指水泥浆固化形成水泥石过程中，温度的最高值与最低值的差；在固化早期，上述温度是指水泥浆的温度，在固化中期，上述温度是指水泥浆以及固化的水泥浆的混合物的温度，在固化后期，上述温度是指固化的水泥石的温度。其中，所述降低水泥浆的水化放热程度通过向水泥浆中添加惰性材料、降低高水化热类材料的添加量和/或延长水泥浆稠化安全附加时间的方式实现，这里的降低高水化热类材料的添加量是指相对于普通水泥浆或者现有技术中采用的水泥浆而言降低高水化热类材料的添加量。降低水泥浆的水化放热速率是指使水化热曲线的斜率更低，也就是曲线更缓，优选通过添加缓凝剂的方式和/或延长水泥浆稠化安全附加时间的方式实现。本专利技术所采用的惰性材料包括铁矿粉、重晶石、空心玻璃微珠和石英砂中的一种或几种的组合，所采用的缓凝剂包括有机膦酸盐类缓凝剂、AMPS(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)类缓凝剂、磷酸盐类缓凝剂、葡萄糖、硼酸钠等中的一种或两种以上的组合。本专利技术所提供的是一种通过调整水泥浆的水化热来提高固井质量的方法，水泥浆本身含有一定的成分，例如水泥成分以及其他常规成分，其中的水泥成分优选为油井G级水泥，此外，所述水泥浆中还可以含有增韧剂、降失水剂、分散剂、消泡剂、防窜剂、二氧化硅和水等常规成分中的一种或者两种以上的组合。在本专利技术提供的方法中，除了考虑水泥浆的水化热之外，还可以进一步考虑水泥浆形成的水泥石的强度和/或弹性模量，即该固井方法包括控制水泥浆形成的水泥石的强度和/或弹性模量的步骤或称操作。对于水泥浆的强度、弹性模量的调控可以根据本专利技术的要求通过常规技术手段进行调控，例如提高水泥石强度主要是通过加入促进水泥水化的材料实现，比如早强剂、增强剂；降低水泥石弹性模量可以通过加入橡胶粉等自身弹性模量低于纯水泥石弹性模量的材料来实现。在上述方法中，优选地，对于纯重合段井进行固井时，采用降低水泥浆的水化放热程度和/或降低水泥浆的水化放热速率的方式进行水化热的控制，并且，水泥浆为高强度低弹性模量的水泥浆，领浆的稠化安全附加时间为60-300分钟、尾浆的稠化安全附加时间为30-200分钟。在上述方法中，优选地，对于重合段长度超过150m的长重合段井进行固井：当采用单凝水泥浆进行固井时：采用降低水泥浆的水化放热程度和/或降低水泥浆的水化放热速率的方式进行水化热的控制，并且，水泥浆为高强度低弹性模量的水泥浆，水泥浆的稠化安全附加时间为60-300分钟；当采用双凝水泥浆进行固井时：领浆采用降低水泥浆的水化放热程度和/或降低水泥浆的水化放热速率的方式进行水化热的控制，并且，领浆为高强度低弹性模量的水泥浆，领浆的稠化安全附加时间为60-300分钟；尾浆采用提高水泥浆的水化放热程度和/或提高水泥浆的水化放热速率的方式进行水化热的控制，并且，尾浆为高强度的水泥浆，尾浆的稠化安全附加时间为30-60分钟；当采用多凝水泥浆进行固井时：领浆采用降低水泥浆的水化放热程度和/或降低水泥浆的水化放热速率的方式进行水化热的控制，并且，领浆为高强度低弹性模量的水泥浆，领浆的稠化安全附加时间为60-300分钟；中间浆采用降低水泥浆的水化放热程度和/或降低水泥浆的水化放热速率的方式进行水化热的控制，并且，中间浆为高强度低弹性模量的水泥浆，中间浆的稠化安全附加时间为60-200分钟；尾浆采用提高水泥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过控制水泥浆水化热提高固井质量的固井方法，其通过控制水泥浆的水化放热程度和/或水化放热速率，改善水泥浆固化形成水泥石过程中的水化放热情况，改善水泥石与界面的胶结质量，进而提高裸眼段和/或重合段的固井质量的方法；/n其中，提高裸眼段的固井质量通过提高水泥浆的水化放热程度和/或提高水泥浆的水化放热速率实现；/n提高重合段的固井质量通过降低水泥浆的水化放热程度和/或降低水泥浆的水化放热速率实现。/n

【技术特征摘要】
1.一种通过控制水泥浆水化热提高固井质量的固井方法，其通过控制水泥浆的水化放热程度和/或水化放热速率，改善水泥浆固化形成水泥石过程中的水化放热情况，改善水泥石与界面的胶结质量，进而提高裸眼段和/或重合段的固井质量的方法；
其中，提高裸眼段的固井质量通过提高水泥浆的水化放热程度和/或提高水泥浆的水化放热速率实现；
提高重合段的固井质量通过降低水泥浆的水化放热程度和/或降低水泥浆的水化放热速率实现。


2.根据权利要求1所述的固井方法，其中，所述提高水泥浆的水化放热程度通过向水泥浆中添加高水化热类材料实现。


3.根据权利要求2所述的固井方法，其中，所述高水化热类材料包括促凝早强剂。


4.根据权利要求1所述的固井方法，其中，所述提高水泥浆的水化放热速率通过添加促凝早强剂的方式、缩短水泥浆稠化安全附加时间的方式中的一种或两种以上的组合实现。


5.根据权利要求4所述的固井方法，其中，所述促凝早强剂包括氯化钠、碳酸钠、甲酸钠、亚硝酸钠、氯化钙、甲酸钙、硫酸钙、偏硅酸钙、铝酸钠、偏高岭土、三硅酸镁、氧化镁、硫酸锶、碳酸锶、硝酸锶、碳酸锂、石膏、半水石膏、二水石膏、氧化镁、氧化钙、活性矿渣、超细水泥中的一种或两种以上的组合。


6.根据权利要求1所述的固井方法，其中，所述降低水泥浆的水化放热程度通过向水泥浆中添加惰性材料、降低高水化热类材料的添加量和/或延长水泥浆稠化安全附加时间的方式实现。


7.根据权利要求6所述的固井方法，其中，所述惰性材料包括铁矿粉、重晶石、空心玻璃微珠和石英砂中的一种或几种的组合。


8.根据权利要求1所述的固井方法，其中，降低水泥浆的水化放热速率通过添加缓凝剂的方式和/或延长水泥浆稠化安全附加时间的方式实现。


9.根据权利要求8所述的固井方法，其中，所述缓凝剂包括有机膦酸盐类缓凝剂、AMPS类缓凝剂、磷酸盐类缓凝剂、葡萄糖和硼酸钠中的一种或两种以上的组合。


10.根据权利要求1-9任一项所述的固井方法，其中，所述水泥浆中的水泥成分为油井G级水泥。


11.根据权利要求10所述的固井方法，其中，所述水泥浆中还含有增韧剂、降失水剂、分散剂、消泡剂、防窜剂、二氧化硅和水中的一种或者两种以上的组合。


12.根据权利要求1-11任一项所述的固井方法，其中，该固井方法还包括控制水泥浆形成的水泥石的强度和/或弹性模量。


13.根据权利要求1-12任一项所述的固井方法，其中，对于纯重合段井进行固井时，采用降低水泥浆的水化放热程度和/或降低水泥浆的水化放热速率的方式进行水化热的控制，并且，水泥浆为高强度低弹性模量的水泥浆，领浆的稠化安全附加时间为60-300分钟、尾浆的稠化安全附加时间为30-200分钟。


14.根据权利要求1-12任一项所述的固井方法，其中，对于重合段长度超过150m的长重合段井进行固井：
当采用单凝水泥浆进行固井时：采用降低水泥浆的水化放热程度和/或降低水泥浆的水化放热速率的方式进行水化热的控制，并且，水泥浆为高强度低弹性模量的水泥浆，水泥浆的稠化安全附加时间为60-300分钟；
当采用双凝水泥浆进行固井时：领浆采用降低水...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘硕琼，张华，靳建洲，徐明，于永金，齐奉忠，曲从锋，乐宏，郑有成，李维，马勇，郑友志，黄昭，袁进平，丁志伟，周崇峰，张弛，刘子帅，纪宏飞，郭玉超，夏修建，李勇，沈吉云，刘慧婷，冯宇思，吕斌，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11