一种大温差固井用水泥浆稠化时间的实验方法与流程

本发明涉及固井用水泥浆的稠化时间的测量方法，具体涉及一种大温差固井用水泥浆稠化时间的实验方法。

背景技术：

稠化时间是固井施工中的重要参数之一，它决定了固井作业的成败。稠化时间是指油井水泥在一定温度与压力条件下，从开始拌浆到稠度达到100个稠度单位(Bc-伯登)时所需要的时间，它是模拟现场注水泥过程所得到的室内实验值。在固井时，为了保证有绝对安全的泵入时间，避免“灌香肠”等事故发生，必须对使用的水泥浆进行稠化时间实验。

在大温差固井施工中，API标准稠化时间的测定方法，并未模拟大温差固井的真实环境，尽管GB/T 19139-2012《油井水泥试验方法》中明确指出(见GB/T19139-2012第9章水泥浆稠化时间试验9.5.4.9～9.5.4.13)，如有可靠的水泥柱顶部温度数据，水泥浆可在预计井底循环温度和井底压力条件下保持特定时间(未明确规定)，作为固定安全系数，然后将水泥浆温度和压力改为水泥柱顶部温度和顶部压力条件下，直到稠化时间试验结束。但在实际操作中这一要求并未严格执行，而只是简单地采用常规稠化时间测量方法。

对于大温差固井，常规稠化时间评价方法并未做到缓凝剂的适宜掺量，只是单一的通过增大缓凝剂加量来保证井底高温条件下水泥浆的可泵送时间，当水泥浆由井底返至预定顶部低温井段时，由于过量缓凝剂的缓凝作用不能及时消除，使得顶部水泥石出现超缓凝现象。因此，与工程实际不相符合的稠化方法无法真正模拟大温差固井的稠化时间及顶部水泥石抗压强度，不但无法正确指导固井施工作业，还可能造成固井事故，降低勘探开发效益。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供了一种大温差固井用水泥浆稠化时间的实验方法，以达到在满足井底高温施工安全时间的要求，同时又做到缓凝剂的合理加量，从而有效减小大温差施工环境下由缓凝剂带来的顶部水泥石强度发展缓慢问题，提高固井质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在依据API标准的实验方法基础上，模拟实际固井的施工情况将稠度仪上的温度和压力设计成四个阶段。

具体的技术方案为：

1、按照API标准的配浆方法及其他操作步骤进行操作；

2、将稠度仪上的温度压力设计分三个阶段，第一阶段由实验室的常温常压到模拟井底静止时的高温高压环境，所述第一阶段的高温温为90～180℃，所述第一阶段的高压压强为30～100Mpa；第二阶段由模拟井底静止的高温高压环境到低温低压环境，所述第二阶段的低温温度为30～60℃，所述第二阶段的低压压强为5～30Mpa；第三阶段在低温低压条件下保持恒温恒压直至水泥浆稠化；

3、记录实验数据，分析水泥浆稠化时间的实验结果。

上述方案是本发明的一种实验方法，模拟了完整的固井施工过程，为一种理想状态，但是考虑到整个固井施工泵送过程和安全系数，本发明的另一种方法还可以在上述方法中第一阶段中的高温高压环境下保持恒温恒压两小时。

本发明的有益效果为：

本发明的实验方法综合考虑了固井的实际工况，在稠度仪上设置不同阶段的温度和压力梯度值不仅模拟了水泥浆的泵送过程，同时也考虑到了整个固井施工的安全系数。考虑到了固井施工中可能发生的意外情况，在高温高压环境下设置恒温两小时，以确保施工作业的安全进行。该实验方法对实际工程具有贴切的指导意义，减少了施工风险，具有非常好的经济效益；同时经过该方法稠化的水泥浆，在模拟顶部温度条件下后期养护的水泥石均未出现超缓凝现象，强度满足施工要求。

附图说明

图1为模拟井底120℃高温、顶部60℃低温的理想状态下的稠化方式图。

图2为模拟井底120℃高温、顶部60℃低温考虑泵送和其他情况的稠化方式图。

图3为对比例(采用现有API标准方法)中水泥浆的稠化图。

图4为实施例1(本发明方法中的理想状态下)中水泥浆的稠化图。

图5为实施例2(本发明方法中考虑泵送和其他情况下)中水泥浆的稠化图。

图3-5中横向曲线从上至下依次为温度变化曲线、压力变化曲线和稠度变化曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下通过现有API标准的实验方法及本发明方法得出的数据对比来说明本发明的有益效果。

以模拟井底120℃高温、顶部60℃低温为例，具体的实验方法为：

1、按照API标准的配浆方法及其他操作步骤进行操作；

2、将稠度仪上的温度压力设计分三个阶段，第一阶段由常温常压升至模拟井底静止时的120℃、60Mpa环境；第二阶段由模拟井底静止的120℃、60Mpa降至顶部60℃、30Mpa；第三阶段在60℃、30Mpa的恒温恒压条件下稠化，直至稠度达到70Bc；

3、记录并分析实验数据。

以上方法为一种理想状态下的稠化时间，在实际固井施工中，考虑到整个固井施工泵送过程和不可预见的情况出现，可在第一阶段温度由室温升到120℃后保持120℃恒温两个小时，然后再进行降温到60℃，此两种方式测得的稠化时间随温度变化的曲线如图1和图2所示。

按上述方法进行以下具体实施例：

对比例，本对比例是按照现有API标准方法进行稠化时间的测定，具体方法为：

1、按照API标准配制水泥浆，具体水泥浆的配比见表1中实施例1的水泥浆配方；

2、整个温度压力的设置只有一个阶段，即由常温常压升至模拟井底静止时的120℃、60Mpa环境，并在60℃、30Mpa的恒温恒压条件下稠化，直至稠度达到70Bc；

3、整个过程的时间即为水泥浆的稠化时间，其测量结果如图3所示。将本实施例中的水泥浆在60℃的温度下进行养护48小时，其养护结果见表1中实施例1的顶部抗压强度。

实施例一，本实施例是模拟固井施工中的理想状态

1、按照API标准配制水泥浆，具体水泥浆的配比见表1中实施例2的水泥浆配方；

2、将稠度仪上的温度压力设计分三个阶段，第一阶段由常温常压升至模拟井底静止时的120℃、60Mpa环境；第二阶段由模拟井底静止的120℃、60Mpa降至顶部80℃、30Mpa；第三阶段在80℃、30Mpa的恒温恒压条件下稠化，直至稠度达到70Bc；

3、整个过程的时间即为水泥浆的稠化时间，其测量结果如图4所示。将本实施例中的水泥浆在60℃的温度下进行养护48小时，其养护结果见表1中实施例2的顶部抗压强度。

本实施例根据实际大温差固井施工过程，在稠度仪上设置阶段温度和压力，增加了水泥浆从井底安全泵送至顶部的过程。

实施例二，本实施例考虑了固井施工中泵送的不确定性和其他情况

1、按照API标准配制水泥浆，具体水泥浆的配比见表1中实施例3的水泥浆配方；

2、将稠度仪上的温度压力设计分为四个阶段，第一阶段由常温常压升至模拟井底静止时的120℃、60Mpa环境，第二阶段在井底120℃、60Mpa环境下恒温恒压两小时，第三阶段由模拟井底静止的120℃、60Mpa降至顶部80℃、30Mpa；第四阶段在80℃、30Mpa的恒温恒压条件下稠化，直至稠度达到70Bc；

3、整个过程的时间即为水泥浆的稠化时间，其测量结果如图5所示。将本实施例中的水泥浆在60℃的温度下进行养护48小时，其养护结果见表1中实施例3的顶部抗压强度。

表1水泥浆配方及不同稠化方法下的稠化时间

由图3～5及表1可知，

1、本发明方法中缓凝剂的投放量明显小于API标准方法中缓凝剂的投放量；

2、在相同养护条件下，API标准方法中顶部水泥浆出现超缓凝现象，而本发明的方法中稠化时间不仅满足施工要求，并且所需缓凝剂加量较少，顶部水泥石抗压强度发展良好。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。