长庆油田老井改造酸溶水泥浆体系的应用初探

2021-12-24李志宏刘小坤

西部探矿工程 2021年1期

李志宏，陈宁，刘小坤

（1.川庆钻探工程有限公司工程技术研究院，陕西西安710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安710018）

本文针对长庆油田长停井的复产增产—封堵或暂闭技术难点，通过对酸溶材料配比的研究，确定了酸溶水泥浆材料组成，形成的酸溶水泥浆体系，该体系强度发展好，后期衰退缓慢，在52℃/24h 条件下强度大于7.0MPa。酸溶水泥石在12 倍盐酸中浸泡1h 酸溶率达80%。开发配套的降失水剂及缓凝剂。形成一套酸溶性水泥浆体系，有效解决了油田二次开发封堵和暂闭的技术难题。

1 酸溶性水泥浆体系研究

1.1 酸溶性水泥浆酸溶机理研究及评价方法

在硅酸盐水泥体系中，主要采用在硅酸盐水泥中掺加碳酸钙的方式来提高配制硅酸盐水泥浆的盐酸溶蚀率。这种酸溶水泥里面含有大量的碳酸钙晶核，将水泥石用盐酸溶解时，主要是碳酸钙与盐酸发生反应。碳酸钙与盐酸的反应式如下：

CaCO3＋2HCl=CaCl2＋CO2↑＋H2O

其次是水泥石与盐酸的化学反应。水泥水化后的产物为氢氧化钙、C-S-H凝胶、钙钒石、单硫型水化硫铝酸钙及其固溶体。它们与盐酸的反应机理如下：

氢氧化钙：

Ca(OH)2＋2HCl=CaCl2＋2H2O

尽管硅酸盐水泥在水化后形成了复杂的水化产物，水泥石被盐酸溶解的过程中发生化学反应所消耗盐酸量可视为 CaO、Al2O3、Fe2O3、fCaO 与盐酸反应所耗盐酸量，SiO2不与盐酸发生化学反应，因此，即使加入过量的盐酸，仍会有不溶物SiO2存在。

反应关系式如下：

CaO～2HClAl2O3～6HClFe2O3～6HCl

酸溶率评价方法：采用10%盐酸进行试验，记录不同酸溶时间的水泥石的酸溶率，通过酸溶率与时间关系表征水泥石的酸溶性，酸溶率计算=（反应前水泥石质量-反应后水泥石质量）/反应前水泥石质量。

1.2 酸溶性水泥浆体系填充材料研究

技术思路：

（1)采用多模型颗粒级配设计，易酸蚀材料—石灰石粉(微米级CaCO3)和纳米级CaCO3与水泥浆进行密实充填。

（2)利用纳米级CaCO3材料的纳料特性（晶核效应及微集料效应），提高硅酸盐水泥石水化反应活性、强度、耐久性。

根据上述思路，确定酸溶性水泥浆配方，配方为：油井水泥60%+轻质超细CaCO3（1250 目）40%+纳米CaCO3+增强剂G401A12.5%+降失水剂G409F12.5%+减阻剂G408FCJ，0.4%水灰比0.48，溶蚀率与不同纳米CaCO3加量关系图见图1，加入盐酸前后水泥石反应对比见图2。

结果表明：①未加入纳米CaCO3的基础配方中，水泥石试件酸溶率为84%。②随着纳米CaCO3掺量增加，各试件前20min内的酸溶速率明显加快，表明纳米CaCO3能够有效地改善水泥石的初始酸溶效果；③当掺量从1%增加至3%时，水泥浆的最终酸溶率从84%提升至91.8%，说明在此掺量条件下纳米CaCO3的溶蚀促进效果明显。