吉林高含CO_2深层天然气田水泥浆体系设计与应用研究

【摘要】：近年来，吉林油田深层油气资源已经成为其勘探开发的重点，在已钻成的大量油气井中，获得了良好的油气发现。但随着井深的增加，井下情况越来越复杂，尤其是部分吉林深层天然气田高含CO_2酸性气体，给固井带来了新的挑战，CO_2严重腐蚀生产管柱和水泥石，导致气井服役寿命减少。为了解决以上问题，提高吉林高含CO_2深层天然气田的固井质量，亟需研发适用于吉林深层气田防CO_2腐蚀的水泥浆体系。 针对吉林高含CO_2深层天然气田固井作业存在的突出问题，本文在借鉴国内外防CO_2腐蚀水泥浆体系研究成果的基础上，通过对CO_2腐蚀水泥环机理的研究，确定了CO_2腐蚀水泥环的评价方法和防CO_2腐蚀水泥浆体系的设计原则，完成了波特兰基和磷酸盐水泥浆设计，其中波特兰基防CO_2腐蚀水泥浆体系在两口试验井固井作业后显示了良好的抗CO_2腐蚀特性。 （1）波特兰基防CO_2腐蚀水泥浆设计 通过考察95℃、CO_2分压2MPa条件下，常规防窜水泥浆体系及不同材料在360d内的抗腐蚀性能，确定了适合吉林高含CO_2深层天然气田的防CO_2腐蚀水泥浆体系的基本组成材料。筛选出了适合长岭气田高含CO_2的高温深井固井用抗腐蚀外掺料F11F，考察了F11F在150℃、CO_2分压2MPa下28d的抗腐蚀性能和水泥石微观结构，确定了与之相配套的其它油井水泥高温外加剂，形成了以F11F为核心的防CO_2腐蚀高温波特兰基水泥浆体系。 （2）磷酸盐防CO_2腐蚀水泥浆设计 通过研究磷酸镁和磷酸钙水泥的制备、水化机理、耐CO_2腐蚀等特性，开发了磷酸盐水泥。通过分析水泥石的微观结构和磷酸盐水泥浆的水化产物，结合磷酸盐的水化特点和表面性质，研发了配套的缓凝剂和降失水剂。测试了磷酸盐水泥浆的流变性能、防窜性能、综合性能及与硅酸盐水泥的相容性，并显示了良好的抗CO_2腐蚀能力。 2009年以外掺料F11F为核心的波特兰基水泥浆体系在吉林高含CO_2深层天然气田-长岭断陷中部凸起带哈尔金构造两口试验井开展了现场固井试验，顺利完成了固井任务，全井段测井质量合格。截止目前该试验井累计正常生产时间已超过3年，未见CO_2腐蚀异常情况，说明外掺料F11F为核心的新型固井水泥浆体系有效地抑制了CO_2腐蚀水泥石，达到了设计要求。 【关键词】：固井 防CO_2腐蚀 天然气田 波特兰基水泥 磷酸盐水泥 固井质量
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE256.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 创新点摘要7-10
• 第一章 引言10-14
• 1.1 吉林高含 CO_2 深层天然气田固井存在的问题10-11
• 1.2 国内外防 CO_2 腐蚀水泥浆体系研究现状11-12
• 1.3 本文主要研究内容12-14
• 第二章 吉林高含 CO_2 深层天然气田水泥浆体系的设计原则14-26
• 2.1 CO_2对水泥石的腐蚀机理14-22
• 2.1.1 井下 CO_2 流体的危害14-16
• 2.1.2 水泥水化产物及分析16-17
• 2.1.3 CO_2 对水泥石腐蚀的化学反应过程分析17-19
• 2.1.4 CO_2 与水泥石反应的热力学及动力学分析19-22
• 2.2 CO_2 腐蚀水泥环的评价方法22-24
• 2.2.1 影响 CO_2 腐蚀水泥石的因素22-23
• 2.2.2 CO_2 腐蚀水泥石程度的评价方法23-24
• 2.3 防 CO_2 腐蚀水泥浆体系的设计原则24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 波特兰基防 CO_2 腐蚀水泥浆体系研究26-59
• 3.1 波特兰基水泥浆体系固井材料的优选实验26-28
• 3.1.1 实验选材26
• 3.1.2 实验仪器与实验方法26-28
• 3.2 固井材料优选及结果分析28-43
• 3.2.1 水泥石缓蚀指数29-31
• 3.2.2 水泥石碳化深度31-34
• 3.2.3 水泥石的渗透率34
• 3.2.4 水泥石的孔结构34-39
• 3.2.5 水泥水化产物与腐蚀产物分析39-41
• 3.2.6 水泥石微观形貌41-43
• 3.3 波特兰基防 CO_2 腐蚀高温水泥浆体系研究43-58
• 3.3.1 波特兰基防 CO_2 腐蚀高温水泥浆体系的抗腐蚀性能评价43-50
• 3.3.2 与国内其它防 CO_2 腐蚀体系的比较50-54
• 3.3.3 防 CO_2 腐蚀高温水泥浆体系工程性能评价54-58
• 3.4 本章小结58-59
• 第四章 磷酸盐防 CO_2 腐蚀水泥浆体系研究59-86
• 4.1 磷酸盐水泥研究59-67
• 4.1.1 磷酸镁水泥59-63
• 4.1.2 磷酸钙水泥63-67
• 4.2 磷酸盐水泥浆技术研究67-79
• 4.2.1 磷酸盐水泥的开发67-72
• 4.2.2 磷酸盐水泥配套外加剂的开发72-79
• 4.3 磷酸盐水泥浆工程性能研究79-85
• 4.3.1 磷酸盐水泥流变性分析79-80
• 4.3.2 磷酸盐水泥防窜性分析80-81
• 4.3.3 磷酸盐水泥综合性能研究81
• 4.3.4 磷酸盐水泥浆与硅酸盐水泥相容性研究81-85
• 4.4 本章小结85-86
• 第五章 吉林高含 CO_2 深层天然气田水泥浆体系应用86-101
• 5.1 长深试验 X1井防 CO_2 腐蚀固井水泥浆体系应用86-93
• 5.1.1 长深试验 X1井地质基本概况86-88
• 5.1.2 长深试验 X1井钻井基础数据88-90
• 5.1.3 长深试验 X1井固井设计90-91
• 5.1.4 长深试验 X1井固井测井结果91-93
• 5.2 长深试验 X2井防 CO_2 腐蚀固井水泥浆体系应用93-100
• 5.2.1 长深试验 X2井地质基本概况93-95
• 5.2.2 长深试验 X2井钻井基础数据95-97
• 5.2.3 长深试验 X2井固井设计97
• 5.2.4 长深试验 X2井固井测井结果97-100
• 5.3 本章小结100-101
• 结论101-102
• 参考文献102-107
• 攻读学位期间发表的学术论文107-108
• 致谢108-109
• 详细摘要109-116

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