页岩储层水平井固井水泥浆体系应用研究进展

中国的页岩储层具有埋藏深、地温梯度高、封固段顶底温差大等特点,能够在深层水平井高温及大温差条件下固井,并在后期大规模体积压裂期间保持井筒完整性的固井水泥浆体系的选择成为近年来的焦点。为明确页岩储层深层水平井固井水泥浆技术的发展方向,基于页岩储层水平井固井对前期水泥浆流变性能要求与后期水泥环力学性能要求,分别从外加剂适用条件、外加剂反应机理以及微观结构的形成3个方面探讨了页岩储层水平井的固井水泥浆技术难点及研究现状,汇总了国内外各大油气田页岩储层水平井固井硅酸盐水泥浆体系的应用实效,提出了相应的技术措施及未来固井水泥浆体系的研究重点。     

粘土稳定剂在固井水泥浆中应用的研究

本文探讨了将有机阳离子聚合物（ＣＯＰ）粘土稳定剂应用于固井水泥浆中，用以减小固井水泥浆滤液对油气层的损害问题，内容包括ＣＯＰ与常用固井水泥添加剂的配伍性能，ＣＯＰ在Ｇ级油井水泥上的吸附及合ＣＯＰ的水泥浆滤液对页岩膨胀作用的抑制能力三部分实验．实验表明：可以将有机阳离子聚合物粘土稳定剂应用于不含聚阴离子添加剂的固井水泥浆中碱小固井水泥浆滤液对油气层的损害．     

脉冲振动固井技术研究

为提高水泥浆胶结质量,防止固井后油气水窜,提出了脉冲振动固井新技术。研制开发了新型脉冲振动固井室内评价装置,通过脉冲振动可以有效地改善水泥浆性能,水泥石的胶结强度平均提高了11%～22%,水泥浆的初凝时间平均缩短了3%,初终凝过渡时间平均缩短了12%～17%,水泥石的抗压强度平均提高了10%～14%,水泥浆稠度系数K平均降低了16%～63%;利用电镜扫描、X射线衍射、压汞实验等分析手段,对比分析了脉冲振动处理后的水泥石微观结构、水化产物和水泥石孔隙特征的变化规律,脉冲振动促进了水泥水化反应,改善了水泥石的微观结构;分析了水泥水化过程中水泥浆失重特性,根据水泥浆静胶凝强度与水泥浆失重的关系,阐述了利用脉冲振动固井技术减少水泥浆失重和防止环空气窜的机理;为实现对候凝过程中的水泥浆实施脉冲振动,研制开发了新型井口脉冲振动固井装置,经过10余口井的现场应用,取得了良好的固井效果。     

固井用悬浮稳定剂SS-10L的研究应用

油田固井中低密度及高密度水泥浆通常存在悬浮稳定性较差的问题。尤其温度较高时,水泥浆中各物相热运动加剧,也易造成浆体沉降失稳,进而影响固井施工安全及固井质量。研制了一种固井用悬浮稳定剂SS-10L,由温伦胶(有机悬浮组分)、矿物B(无机悬浮组分)及表面活性剂C(稳定剂)组成。实验结果表明:SS-10L对水泥浆具有良好的悬浮稳定作用,且不影响水泥浆常规性能,是一种性能优良的固井用悬浮稳定剂。     

稠油热采井固井技术的研究进展

综述了热采井固井水泥浆体系和预应力固井工具的国内外研究最新进展。重点介绍了普通波特兰高温水泥、高铝水泥和特种磷酸盐水泥等耐高温水泥,以及高强低密度水泥、泡沫水泥等高性能低密度水泥浆;并介绍地锚、热应力补偿器这两个主要预应力固井工具的应用现状。     

苏南项目SNX井88.9,mm生产套管固井水泥浆技术

SNX井本层生产套管固井封固段长,且含有低压易漏层,存在漏失风险。由于本井为气井,目的层内的流体为致密砂岩气,故存在气窜的风险。为解决上述固井难题,选用了高强度低密度水泥浆与胶乳水泥浆双凝体系。高强度低密度水泥浆可以减少静液柱压力,降低了漏失的风险,且具有较高的强度;胶乳水泥浆可以有效防止气窜,改善了水泥石的性能,为后期开采提供了强有力的保障。双凝体系优化了固井工艺方案,保证压稳和防漏,现场施工顺利,取得了良好的固井效果。     

固井用稳定悬浮剂SS-10L的研究应用

油田固井中低密度及高密度水泥浆通常存在悬浮稳定性较差的问题.尤其温度较高时,水泥浆中各物相热运动加剧,也易造成浆体沉降失稳,进而影响固井施工安全及固井质量.研制了一种固井用悬浮稳定剂SS-10L,由温伦胶(有机悬浮组分)、矿物B(无机悬浮组分)及表面活性剂C(稳定剂)组成.实验结果表明:SS-10L对水泥浆具有良好的悬浮稳定作用,且不影响水泥浆常规性能,是一种性能优良的固井用悬浮稳定剂.     

AT21X井177.8mm尾管固井技术研究

塔河油田阿探区块的AT21X井采用177.8 mm尾管固井,由于含盐、井深、井底温度高,氯根离子含量高,井身结构特殊等原因,固井作业困难。在井段采用两凝体系固井液,在水泥浆中加入2.0%微硅和0.2%TAS153,很好地解决了盐膏层固井遇到的高温、高盐、易窜槽和易失水的问题,改善了水泥浆的性能,提高了固井质量。经检测固井合格率100%,其中优良率达到90%,固井质量综合为优秀。     

防腐蚀水泥浆在渤海科学探索井中的应用

以渤海湾第一口科学探索井防腐蚀水泥浆体系实践为例,从深井复杂地层防腐水泥浆的抗腐蚀性、防腐水泥浆的应用、固井等方面,对在渤海湾首次成功应用防腐水泥浆体系进行了探讨。     

固井水泥浆水化早期阶段水状态与电导率关系

油气井固井早期气窜现象常发生于固井水泥浆液固态转变阶段，准确掌握该阶段水泥浆的组织结构是探究固井早期气窜机理的关键。电导率方法是评价水泥浆水化进程及微观结构的有效方法之一。为此，利用电感式电导率仪研究了固井水泥浆沉降稳定性、水化速率对其电导率的影响；结合质量守恒定理和低场核磁共振技术，探究了水化早期阶段水泥浆中水状态与其电导率的关系。实验发现，在新配水泥浆中，孔溶液离子浓度和孔隙结构分布决定了水泥浆的初始电导率；随着水泥浆沉降稳定性的增加，水泥浆中孔结构分布更均匀，使其初始电导率由16.8 mS/cm增加至19.4 mS/cm；随水泥浆水化进程增加，水泥颗粒表面及孔隙中水化产物的形成改变了水泥浆的固相微观结构及孔隙结构，使分布于大孔隙中的自由水转变为小孔隙中的毛细水、凝胶水。实验结果表明，在水化早期阶段水泥浆的电导率与蒸发水、自由水含量呈线性关系。     

“三高”气田固井水泥体系研究

针对高压、高产、高含硫化氢(H2S)气体("三高")气田在固井过程中面临的难点,探讨"三高"气田对固井水泥浆的要求,在分析水泥腐蚀机制的基础上,提出"三高"气田水泥防腐策略;采用水泥浆不同配料组分的颗粒粒径合理级配原理优化设计水泥,通过正交试验筛选出可形成致密水泥石、防腐性能优良的低密度高强度水泥和纤维-胶乳-微膨胀水泥2种体系4个配方,对其形成的水泥石进行抗硫化氢和二氧化碳(H2S/CO2)腐蚀性能评价试验,包括水泥石强度、渗透率、质量损失、腐蚀深度和腐蚀前后内部结构的变化情况,依据试验数据从理论上预测水泥石的抗腐蚀寿命。龙岗气田现场应用表明,所筛选的水泥浆的固井质量得到明显提高,可用于"三高"气田固井,并能延长气井寿命。     

延长主力油层泡沫水泥堵剂体系配方优化与性能研究

针对延长石油主力油层油井堵水及井壁再造问题,对泡沫水泥体系中发泡剂、稳泡剂、水灰比、缓凝剂、木纤维等添加剂进行了室内优化实验,确定了适合延长石油主力油层油井堵水的泡沫水泥浆体系配方:G级油井水泥浆体系为:0.5%AES+0.3%CMC+G级油井水泥浆(水灰比为0.44~0.55)+0.2%缓凝剂+0.2%木纤维;800目超细水泥浆体系为:0.5%AES+0.3%CMC+800目超细水泥浆(水灰比为0.55~0.60)+0.2%缓凝剂+0.2%木纤维。并对优化后的泡沫水泥浆体系进行了动态封堵性能评价实验。实验结果显示,优化后的泡沫水泥体系具有较强的封堵调剖能力以及封堵的稳定性。     

水泥浆胶凝引起的“失重”和气侵的研究

本文是在摸拟井身温度和压力变化的情况下,对水泥浆柱由于水泥胶凝引起的“失重”和气侵的研究。从实验研究的结果证实了水泥胶凝引起的“失重”和气侵是严重的,而水泥浆胶凝引起的“失重”,通过实验和数学分析后是可以作到定量计算的,这就可能给固井施工中,为防止油、气、水窜工艺技术措施,提供可靠的基本依据。     

碳纤维水泥配伍性试验研究

水平井、小眼井钻井技术的应用以及薄油层的开发易使水泥石射孔开裂,从而造成上下油水层串通,因此对水泥石韧性有了更高的要求。为了满足固井施工过程中对水泥浆性能以及对水泥石性能的要求,根据国家固井水泥性能测定操作标准,对碳纤维水泥进行了针对性的配伍性试验研究,包括水泥浆流变性、稠化时间、失水量以及水泥石抗压强度、抗折强度等方面的配伍性试验。研究结果表明,碳纤维与水泥以及水泥添加剂具有良好的配伍性;一定尺寸的短碳纤维可以有效地提高水泥浆的流变性和水泥石的抗折、抗压强度。     

新型促凝剂DWA改善固井水泥低温性能的实验

模拟深水固井低温环境,考察新型锂盐复合类促凝剂DWA对固井水泥浆稠化时间、静胶凝强度和抗压强度的影响。结果表明:促凝剂DWA能促进固井水泥的低温水化能力,缩短水泥浆稠化时间,明显缩短稠度30～100 Bc、静胶凝强度48～240 Pa的时间,显著提高水泥石早期抗压强度,表现出优异的低温早强、防窜性能,有助于解决深水固井面临的低温、浅层水-气流动难题;DWA促凝作用优于CaCl2,对水泥浆初始稠度无影响,是一种无副作用的新型多功能促凝剂。     

水泥浆体系稳定性对水泥浆失重的重要影响

通过水泥浆失重实验发现并研究了水泥浆体系稳定性,即水泥浆失水、析水对水泥浆失重的重要影响。研究结果表明,降低水泥浆体系的失水、析水,提高水泥浆体系的稳定性,有助于使水泥浆在凝结过程中维持更高的有效浆柱压力而压稳地层流体防窜。     

油井水泥分散剂SXY在吐哈油田的应用

本文结合吐哈油田固井作业,研究了分傲荆SXY对水泥桨流变性、析水的影响,并就SXY与其它外加荆的配伍性做了评价实脸。丈章认为:SXY是-种高效、技滋型的水泥浆分散荆。     

苯丙乳液与纳米SiO2复合改性超细水泥胶浆的力学性能

结合混凝土桥梁底板裂缝注浆材料应满足流动度好、变形能力强及凝结时间短等技术要求,通过苯丙乳液和纳米SiO₂对超细硅酸盐水泥和超细硫铝酸盐水泥胶浆进行复合改性,系统研究了苯丙乳液掺量对超细水泥胶浆的施工性能和力学性能的影响规律,最终确定了其合理配比。试验结果表明：尽管苯丙乳液对超细水泥胶浆的抗压强度具有一定不利影响,但能显著改善超细水泥胶浆的施工性能,提高其抗折强度、拉伸变形能力和折压比,从而提升超细水泥胶浆的韧性。经苯丙乳液和纳米SiO₂复合改性的超细水泥胶浆可望在混凝土桥梁底板裂缝的修补工程中得以推广应用。     

胶乳对油井水泥浆作用机理的实验研究

利用实验方法系统研究了聚乙烯醇胶乳对油井水泥浆的失水、稠化性能、游离水和水泥石抗压强度等参数的影响。结果表明 ,胶乳加量增大时 ,油井水泥浆的失水量迅速变小 ,稠化时间延长 ,初始稠度减小 ,游离水得到有效的控制 ,水泥石的抗压强度减小而柔性增大。试验证明 ,聚乙烯醇胶乳通过成膜、吸附、水化等作用能有效地控制油井水泥浆的液相运移情况 ,调节其稠化性能 ,改善水泥石的物理力学性能。自行设计了一套测定水泥石胶结强度的装置 ,实验证明所提出的测定方法是可行的。