3M中空玻璃微球在固井鉆井中的應(yīng)用

3M高強度中空玻璃微球在低密度固井和鉆井中的應(yīng)用3M中國有限公司精選課件目錄3M公司簡介中空玻璃微球產(chǎn)品介紹HGS低密度固井水泥漿HGS低密度鉆井液致謝精選課件3M公司簡介創(chuàng)始于1902年，全球五百強企業(yè)，2006年產(chǎn)值229億美元，中國產(chǎn)值10億美元全球雇員69000人，遍布61個國家67000種產(chǎn)品，涵蓋生產(chǎn)生活的方方面面創(chuàng)新為本，每年500種新產(chǎn)品問世，銷售額有40％是最近4年的新產(chǎn)品精選課件~1-2μm粒徑:

10－90微米真實密度:

0.32g/ccto0.60g/cc承壓能力:2000到18,000psi（14MPa到124MPa）HGS中空玻璃微球介紹~1-2μm平均:~40μm外形:

中空球形單體成分:

耐熱堿石灰硼硅酸鹽小小微球……蘊含科技精選課件

HGS電鏡照片精選課件

HGS概況項目特性包裝體積密度/真實顆粒密度55％---68％吸油性0.2---0.6g/cc穩(wěn)定性600°C時開始變軟酸溶性99.5％美國LC50標(biāo)準(zhǔn)生化測試按標(biāo)準(zhǔn)EPADrillingFluidsToxicityTest,40C.F.R.435,SubpantA,Appendix2.揮發(fā)性最大為重量的0.5％含堿度0.5毫克當(dāng)量PH9.1—9.9表觀白色流動性好精選課件HGS中空玻璃微球規(guī)格型號精選課件低密度固井水泥漿低密度水泥漿的發(fā)展歷程低密度固井水泥漿簡介3MHGS高強度低密度水泥漿性能測試應(yīng)用精選課件低密度水泥漿發(fā)展歷程六十年代使用以膨潤土、硅藻土、膨脹珍珠鹽、水玻璃、硅質(zhì)充填物等材料配制低密度水泥漿，最低密度1.318g/cm3八十年代高強度空心微珠水泥漿，密度最低0.96g/cm3泡沫水泥漿，密度低達0.72g/cm3九十年代斯侖貝謝RevilP等利用緊密堆積理論，設(shè)計配制的低密度水泥漿性能可與常規(guī)密度水泥漿的性能相媲美國外發(fā)展歷程精選課件低密度水泥漿發(fā)展歷程目前斯侖貝謝公司采用3M公司生產(chǎn)的密度為0.38的具有高強度抗壓縮的空心玻璃微珠，可將水泥漿密度降低至0.98g/cm3，其抗壓強度可與正常密度的水泥漿相當(dāng)，滲透率比正常密度的水泥石低十倍，并進行了成功應(yīng)用。國外發(fā)展歷程精選課件低密度水泥漿發(fā)展歷程80年代以來，克拉瑪依油田的低壓淺層易漏油氣井，遼河油田的低壓稠油熱采井及中原油田的中深易漏油氣井中使用了漂珠水泥漿固井，但水泥漿強度較低。最近幾年，中國石油集團工程技術(shù)研究院用泡沫水泥在長慶油田的低壓淺層易漏油氣井中成功進行了現(xiàn)場實驗，泡沫水泥漿密度1.3-1.35g/cm3，此后，又用開發(fā)的低密高強水泥漿在大港、長慶等油田欠平衡鉆井固井中進行了應(yīng)用實驗，水泥漿最低密度1.3g/cm3，其綜合性能均可滿足目的層封固要求國內(nèi)發(fā)展歷程精選課件常用低密度水泥漿的適用范圍膨潤土低密度水泥漿的最低密度限制值是1.60g／cm3粉煤灰低密度水泥漿的最低密度限制值是1.55g／cm3硅藻土低密度水泥漿體系的最低密度限制值是1.50g／cm漂珠低密度水泥漿體系的最低密度限制值是1.38g／cm3泡沫水泥可以使水泥漿密度低于1.0g／cm3，最低0.72g／cm3精選課件常用低密度水泥漿的適用范圍精選課件常用低密度水泥漿的問題低密度水泥由于外摻料的大量摻入，致使水泥漿密度的降低和水泥漿性能發(fā)生矛盾，突出表現(xiàn)在以下幾方面：水泥漿體系穩(wěn)定性差，體系分層離析；水泥漿失水量難以控制；泥漿流變性差，泵送困難；水泥石強度發(fā)展慢，強度低，水泥漿石滲透性高，易引起腐蝕性介質(zhì)的腐蝕，尤其是水泥漿密度低于1.10g/cm3時；泡沫水泥漿和漂珠水泥漿等隨著壓力增大，泡沫和漂珠易破碎，密度增加很快，所以在井底條件下，水泥漿的實際密度有所上升。精選課件低密度水泥漿的要求沉降穩(wěn)定性好，不易分層，上下密度差不超過0.05g/cm3有較好的流變性能，n值大于0.70，k值小于0.20失水量小，API失水控制在100ml以內(nèi)抗壓強度符合施工要求，常壓24小時抗壓強度大于6Mpa稠化時間適合施工要求，調(diào)整緩凝劑加量能使水泥漿體系稠化時間大于120min過度時間短，防氣竄性能好，SPN值小于4精選課件新型低密度水泥漿漂珠低密度水泥漿3M中空玻璃微球低密度水泥漿精選課件新型高性能低密度水泥漿

緊密堆積理論水泥漿中的水可分為兩部分，一部分水用于潤濕水泥顆粒表面，形成水膜，并參與水泥的水化，稱之為“水化水”，另一部分水充填在水泥顆粒之間的空隙，稱之為“充填水”。水泥漿中水的用量直接影響抗壓強度的發(fā)展，在水泥漿中使用合適的減阻劑可以減少水化水的用量，但不能減少充填水的用量。充填水的量取決于系統(tǒng)的堆積密度，要減少充填水，就必須提高系統(tǒng)的堆積密度。在水泥漿中，空隙空間通常被水充填，如果在水泥漿中對固相顆粒大小分布優(yōu)化，采用三種或更多的不同尺寸的顆粒進行級配，通過調(diào)節(jié)混合固相的大小分布，就能改變固相的堆積體積分?jǐn)?shù)，從而增加抗壓強度和降低孔隙度和滲透率。精選課件新型高性能低密度水泥漿G級水泥漂珠微硅和超細(xì)水泥精選課件新型高性能低密度水泥漿根據(jù)緊密堆積理論，在組成水泥漿固相中應(yīng)該有3種或三種以上尺寸的顆粒，在選擇干混材料時，不僅要考慮材料的密度，與水泥的相溶性，還要考慮材料的顆粒形狀、吸附性能，水膜厚度等因素我們將G級水泥作為粒度為中等尺寸的顆粒，根據(jù)對G級油井水泥的粒度分析，普通G級油井水泥的粒徑約在20μm左右。對于粒度較粗的顆粒，由于漂珠呈球形，而且本身密度極小，僅0.7g/cm3左右，因此，漂珠就成了粗顆粒材料的首選。漂珠是中空的圓形球體，其流動性極好。漂珠的粒度不能太粗，太粗則容易浮在水泥漿面上，而不易均勻地分散在水泥漿中，容易造成水泥漿分層，影響水泥漿的穩(wěn)定性，因此，我們選擇粒徑較小的細(xì)漂珠作為低密度水泥漿中的粗顆粒干混材料。對于粒度較細(xì)的顆粒，在減輕材料中，只有微硅和超細(xì)水泥的細(xì)度能滿足要求，因此，我們選擇了分別以微硅和超細(xì)水泥為主要成分的充填劑作為充填空隙的材料。精選課件漂珠水泥漿的不足密度不能達到1．10g／cm3以下高壓破碎使密度增大精選課件新型高性能低密度水泥漿3M公司生產(chǎn)的HGS中空玻璃微球，性能優(yōu)于常用的普通漂珠，其配制的水泥漿體系各項指標(biāo)均優(yōu)于普通漂珠配制的水泥漿體系，可以有效的解決漂珠存在的缺陷。精選課件低密度水泥漂浮在水面精選課件HGS玻璃微球低密度水泥漿可使水泥漿密度降到0.90g／cm3玻璃微球的破碎壓力較高，用離心泵泵送也不會對實際密度產(chǎn)生較大影響與大多數(shù)體系兼容良好，能有效降低粘度和改善流動度耐高溫，化學(xué)穩(wěn)定，水泥石的拉伸強度、抗壓強度、楊氏模量均優(yōu)于漂珠HGS中空玻璃微球水泥漿體系在凝固時，收縮率非常低，能保證較好的膠結(jié)強度精選課件24精選課件HGS低密度水泥漿體系添加中空玻璃微球生產(chǎn)低密度水泥漿非常方便，由于HGS中空玻璃微球化學(xué)惰性，不與水泥漿中的化學(xué)成分發(fā)生反應(yīng)，因此，水泥漿的密度計算非常容易。計算方法為：式中,V％為HGS在泥漿中的體積百分比;ρ基漿為基漿初始密度;ρ目標(biāo)為所需目標(biāo)水泥漿密度ρHGS為所選HGS型號中空玻璃微球密度精選課件新型高性能低密度水泥漿性能穩(wěn)定性流變性失水性防氣竄性能稠化性能水泥石強度精選課件穩(wěn)定性測試上下密度差小于0.050g/cm3，滿足施工要求精選課件流變性測試加入適量分散劑HTP-1L，使流動度控制在19-23cm范圍內(nèi)n值均大于0.70，k值均小于0.20，水泥漿穩(wěn)定，不沉降，具有良好的流變性能，可有效實現(xiàn)紊流頂替，提高頂替效率精選課件水泥石抗壓強度測試密度（g/m3）1.201.091.061.041.000.901.10HGSHGSHGSHGSHGSHGS普通漂珠MPa(80℃)23.822.010.99.08.65.612.5精選課件失水性測試密度（g/m3）1.201.091.061.041.000.9055℃失水（ml）35363839404475℃失水（ml）404242385356精選課件防氣竄性能測試密度（g/m3）1.201.091.061.041.000.90T100（min100（min）165144177307217167

SPN1.0183.5933.4023.7623.2653.652105℃/60MPa下測試精選課件防氣竄性能測試SPN為1-3時，水泥漿防氣竄性能優(yōu)良SPN為4-6時，水泥漿防氣竄性能中等SPN大于6時，水泥漿防氣竄性能差精選課件稠化時間稠化時間是固井作業(yè)中的關(guān)鍵指標(biāo)，過短的稠化時間容易造成水泥漿在套管內(nèi)凝固而引起憋泵；過長的稠化時間則可能引起層間流體的竄流，導(dǎo)致水泥環(huán)封固質(zhì)量差密度大于1.06g/cm3時，不加入緩凝劑，稠化時間也能大于160min對密度小于1.06g/cm3的水泥漿體系，加入一定量的緩凝劑，也能使其稠化時間大于120min，滿足施工要求精選課件固井高性能添加劑總結(jié)HGS中空玻璃微球耐壓強度高，粒徑小，密度低

低候凝時間-因為HGS的保溫效果好，加速水泥漿的凝固12小時和24小時強度高-候凝時間短確保HGS水泥漿在短時間內(nèi)具有較高的強度

降低漏失-很寬的產(chǎn)品密度范圍幫組降低水泥漿漏失的可能性有效防止氣竄

精選課件有效防止氣竄環(huán)空氣竄的三個途徑由于頂替效率不高造成水泥漿竄槽。HGS中空玻璃微球由于外形規(guī)則,具有”滾珠效應(yīng)”,降低水泥漿泵送摩擦阻力，改善水泥漿的流動性能,同等條件下提高頂替效率.水泥石與套管及水泥石與地層之間存在微環(huán)隙。其形成原因是由于水泥漿凝固時化學(xué)收縮或由于水泥漿自由水析出以及由于溫度壓力變化形成的（室內(nèi)試驗表明水泥石的體積收縮率可達到6％）。HGS高溫穩(wěn)定性好,不會產(chǎn)生收縮,降低水泥石的收縮率.水泥漿失重由于中空玻璃微球承壓能力高，空心含有一定空氣，保溫效果好，可以縮短水泥漿的候凝時間，因此，中空玻璃微球低密度水泥能有效降低水泥漿失重。精選課件使用情況國外每年有幾百口油氣井使用3M高強度玻璃微球固井國內(nèi)在普光氣田、中石油川東北氣田、勝利油田、塔里木油田、克拉馬依有幾十口井使用，中石化重點井塔中一井也使用了玻璃微球固井精選課件精選課件精選課件精選課件HGS中空玻璃微球

在低密度鉆井液中的應(yīng)用精選課件低壓低滲層開采難題據(jù)研究，低滲油層吸水傷害可達25%～50%，特低滲油層可達50%～90%低滲儲層細(xì)喉流道為主，導(dǎo)致了儲層對液相傷害、固相傷害敏感低滲透對應(yīng)著低儲層壓力，一般低于0.9。用常規(guī)方法鉆井、固井、完井容易形成高壓差，從而導(dǎo)致了嚴(yán)重傷害，甚至不可恢復(fù)的傷害。精選課件欠平衡鉆井技術(shù)欠平衡鉆井的優(yōu)勢提高硬地層的機械鉆速；減少循環(huán)漏失和壓差卡鉆等優(yōu)點；提高鉆頭壽命；減少和防止水平井鉆井中鉆井液對地層的損害。欠平衡鉆井的方法空氣/氮氣、泡沫、油水混合、低密度固相。精選課件各類欠平衡鉆井技術(shù)的不足空氣鉆井缺點無法進行MWD信號傳輸井壁穩(wěn)定性差，容易出現(xiàn)坍塌地層出水無法應(yīng)用擴徑現(xiàn)象嚴(yán)重鉆具腐蝕性強鉆遇油氣層著火和爆炸油水混合鉆井液的不足環(huán)境污染嚴(yán)重精選課件HGS作為密度減輕劑加入鉆井液和完井液中，最大能加入到50％的體積濃度.現(xiàn)有鉆井液HGS低密度鉆井液+1.02SG8.5ppg0.38SG3.2ppg0.70SG5.8ppg低密度鉆井液制備精選課件清水油基泥漿油充氣泥漿HGS泡沫泥漿穩(wěn)定泡沫霧化鉆井空氣、氣體0123456789鉆井液密度(PPG)1g/cc=8.3ppg低密度鉆井液密度范圍0.7-1.0g/cm3精選課件HGS4000濃度(%體積)020406080100120140160180010203040假塑性粘度PHPAOilmudKCICaCl2CaBr2ZnBr2SynthNaClHGS4000濃度(%體積)01020304050607080010203040屈服值鉆井液流變性測試精選課件47精選課件三缸單作用柱塞泵供料泵泥漿攪拌器50gal.泥漿槽振動篩節(jié)流閥花崗巖壓力容器噴嘴可調(diào)解管線研究顯示，中空玻璃微球在通過鉆井泥漿泵和泥漿地面處理設(shè)備時不會被破壞鉆井研究中心，美國休斯敦鉆井液破壞實驗精選課件DISPLACEMENTFLUID

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PRESSUREREGULATOR礦場鹽水

試驗?zāi)酀{

CONFINEMENTPUMP泥漿儲槽

PBPAMAIN

PUMPREVERSING

VALVEAB(W.J.McDonaldet.al,DOE1999Oil&GasConference,Dallas,Texas,June28-30,1999)地層傷害試驗（德克薩斯大學(xué)）采用Berea砂巖巖心試驗結(jié)果證明，HGS能有效降低地層傷害鉆井液地層傷害實驗精選課件添加HGS的水基鉆井液不會對近井地帶造成永久性的傷害.

沒有添加HGS的水基泥漿造成滲透率下降45％的永久性傷害020406080100120020406080100120鹽水回注,PV滲透率恢復(fù)值(%)16%Spheres26%Spheres36%Spheres0%Spheres100%=18.2md

(W.J.McDonaldet.al,DOE1999Oil&GasConference,Dallas,Texas,June28-30,1999)鉆井液地層傷害實驗精選課件最簡單有效的方法是重復(fù)利用泥漿HGS中空玻璃微球回收實驗

靜置后低密度的HGS中空玻璃微會浮上表面

用水稀釋后，就更容易分離

研究表明回收率在70%-95%精選課件包裝和運輸從倉庫到井場可以使用的HGS包裝:

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