吉林高含CO_2深層天然氣田水泥漿體系設(shè)計與應(yīng)用研究

【摘要】：近年來，吉林油田深層油氣資源已經(jīng)成為其勘探開發(fā)的重點，在已鉆成的大量油氣井中，獲得了良好的油氣發(fā)現(xiàn)。但隨著井深的增加，井下情況越來越復(fù)雜，尤其是部分吉林深層天然氣田高含CO_2酸性氣體，給固井帶來了新的挑戰(zhàn)，CO_2嚴(yán)重腐蝕生產(chǎn)管柱和水泥石，導(dǎo)致氣井服役壽命減少。為了解決以上問題，提高吉林高含CO_2深層天然氣田的固井質(zhì)量，亟需研發(fā)適用于吉林深層氣田防CO_2腐蝕的水泥漿體系。 針對吉林高含CO_2深層天然氣田固井作業(yè)存在的突出問題，本文在借鑒國內(nèi)外防CO_2腐蝕水泥漿體系研究成果的基礎(chǔ)上，通過對CO_2腐蝕水泥環(huán)機理的研究，確定了CO_2腐蝕水泥環(huán)的評價方法和防CO_2腐蝕水泥漿體系的設(shè)計原則，完成了波特蘭基和磷酸鹽水泥漿設(shè)計，其中波特蘭基防CO_2腐蝕水泥漿體系在兩口試驗井固井作業(yè)后顯示了良好的抗CO_2腐蝕特性。 （1）波特蘭基防CO_2腐蝕水泥漿設(shè)計 通過考察95℃、CO_2分壓2MPa條件下，常規(guī)防竄水泥漿體系及不同材料在360d內(nèi)的抗腐蝕性能，確定了適合吉林高含CO_2深層天然氣田的防CO_2腐蝕水泥漿體系的基本組成材料。篩選出了適合長嶺氣田高含CO_2的高溫深井固井用抗腐蝕外摻料F11F，考察了F11F在150℃、CO_2分壓2MPa下28d的抗腐蝕性能和水泥石微觀結(jié)構(gòu)，確定了與之相配套的其它油井水泥高溫外加劑，形成了以F11F為核心的防CO_2腐蝕高溫波特蘭基水泥漿體系。 （2）磷酸鹽防CO_2腐蝕水泥漿設(shè)計 通過研究磷酸鎂和磷酸鈣水泥的制備、水化機理、耐CO_2腐蝕等特性，開發(fā)了磷酸鹽水泥。通過分析水泥石的微觀結(jié)構(gòu)和磷酸鹽水泥漿的水化產(chǎn)物，結(jié)合磷酸鹽的水化特點和表面性質(zhì)，研發(fā)了配套的緩凝劑和降失水劑。測試了磷酸鹽水泥漿的流變性能、防竄性能、綜合性能及與硅酸鹽水泥的相容性，并顯示了良好的抗CO_2腐蝕能力。 2009年以外摻料F11F為核心的波特蘭基水泥漿體系在吉林高含CO_2深層天然氣田-長嶺斷陷中部凸起帶哈爾金構(gòu)造兩口試驗井開展了現(xiàn)場固井試驗，順利完成了固井任務(wù)，全井段測井質(zhì)量合格。截止目前該試驗井累計正常生產(chǎn)時間已超過3年，未見CO_2腐蝕異常情況，說明外摻料F11F為核心的新型固井水泥漿體系有效地抑制了CO_2腐蝕水泥石，達(dá)到了設(shè)計要求。 【關(guān)鍵詞】：固井 防CO_2腐蝕 天然氣田 波特蘭基水泥 磷酸鹽水泥 固井質(zhì)量
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TE256.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 創(chuàng)新點摘要7-10
• 第一章 引言10-14
• 1.1 吉林高含 CO_2 深層天然氣田固井存在的問題10-11
• 1.2 國內(nèi)外防 CO_2 腐蝕水泥漿體系研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容12-14
• 第二章 吉林高含 CO_2 深層天然氣田水泥漿體系的設(shè)計原則14-26
• 2.1 CO_2對水泥石的腐蝕機理14-22
• 2.1.1 井下 CO_2 流體的危害14-16
• 2.1.2 水泥水化產(chǎn)物及分析16-17
• 2.1.3 CO_2 對水泥石腐蝕的化學(xué)反應(yīng)過程分析17-19
• 2.1.4 CO_2 與水泥石反應(yīng)的熱力學(xué)及動力學(xué)分析19-22
• 2.2 CO_2 腐蝕水泥環(huán)的評價方法22-24
• 2.2.1 影響 CO_2 腐蝕水泥石的因素22-23
• 2.2.2 CO_2 腐蝕水泥石程度的評價方法23-24
• 2.3 防 CO_2 腐蝕水泥漿體系的設(shè)計原則24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 波特蘭基防 CO_2 腐蝕水泥漿體系研究26-59
• 3.1 波特蘭基水泥漿體系固井材料的優(yōu)選實驗26-28
• 3.1.1 實驗選材26
• 3.1.2 實驗儀器與實驗方法26-28
• 3.2 固井材料優(yōu)選及結(jié)果分析28-43
• 3.2.1 水泥石緩蝕指數(shù)29-31
• 3.2.2 水泥石碳化深度31-34
• 3.2.3 水泥石的滲透率34
• 3.2.4 水泥石的孔結(jié)構(gòu)34-39
• 3.2.5 水泥水化產(chǎn)物與腐蝕產(chǎn)物分析39-41
• 3.2.6 水泥石微觀形貌41-43
• 3.3 波特蘭基防 CO_2 腐蝕高溫水泥漿體系研究43-58
• 3.3.1 波特蘭基防 CO_2 腐蝕高溫水泥漿體系的抗腐蝕性能評價43-50
• 3.3.2 與國內(nèi)其它防 CO_2 腐蝕體系的比較50-54
• 3.3.3 防 CO_2 腐蝕高溫水泥漿體系工程性能評價54-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 第四章 磷酸鹽防 CO_2 腐蝕水泥漿體系研究59-86
• 4.1 磷酸鹽水泥研究59-67
• 4.1.1 磷酸鎂水泥59-63
• 4.1.2 磷酸鈣水泥63-67
• 4.2 磷酸鹽水泥漿技術(shù)研究67-79
• 4.2.1 磷酸鹽水泥的開發(fā)67-72
• 4.2.2 磷酸鹽水泥配套外加劑的開發(fā)72-79
• 4.3 磷酸鹽水泥漿工程性能研究79-85
• 4.3.1 磷酸鹽水泥流變性分析79-80
• 4.3.2 磷酸鹽水泥防竄性分析80-81
• 4.3.3 磷酸鹽水泥綜合性能研究81
• 4.3.4 磷酸鹽水泥漿與硅酸鹽水泥相容性研究81-85
• 4.4 本章小結(jié)85-86
• 第五章 吉林高含 CO_2 深層天然氣田水泥漿體系應(yīng)用86-101
• 5.1 長深試驗 X1井防 CO_2 腐蝕固井水泥漿體系應(yīng)用86-93
• 5.1.1 長深試驗 X1井地質(zhì)基本概況86-88
• 5.1.2 長深試驗 X1井鉆井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)88-90
• 5.1.3 長深試驗 X1井固井設(shè)計90-91
• 5.1.4 長深試驗 X1井固井測井結(jié)果91-93
• 5.2 長深試驗 X2井防 CO_2 腐蝕固井水泥漿體系應(yīng)用93-100
• 5.2.1 長深試驗 X2井地質(zhì)基本概況93-95
• 5.2.2 長深試驗 X2井鉆井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)95-97
• 5.2.3 長深試驗 X2井固井設(shè)計97
• 5.2.4 長深試驗 X2井固井測井結(jié)果97-100
• 5.3 本章小結(jié)100-101
• 結(jié)論101-102
• 參考文獻(xiàn)102-107
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文107-108
• 致謝108-109
• 詳細(xì)摘要109-116

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