高温水泥浆体系的现状及研究

概述了国内外使用的高温固井水泥浆及其外加剂体系的发展方向。通过对高温水泥浆降失水剂、缓凝剂等外加剂的研究,水泥浆抗温达240℃(BHST),稠化时间可调,水泥石强度发展快并稳定,失水控制低,综合性能满足河南油田泌深1井固井工程的要求。     

低密度大温差水泥浆体系在古城8井的应用

塔里木油田古城8井φ200.03mm技术套管固井具有大温差、长封固特点,针对作业过程中面临的低密度水泥浆高温稳定性差、顶部强度发展缓慢等技术难题,开展了1.3¹.4g/cm3低密度大温差水泥浆体系的研究。开发了温度、加量敏感性小,性能稳定的大温差缓凝剂PC-H42L;优选出耐高压、密度小、价格低的人造玻璃微珠PC-P63;基于颗粒级配原理,对水泥、漂珠、增强剂、防窜材料等合理搭配,结合高温缓凝剂及降失水剂,开发出低密度大温差水泥浆体系,该体系具有沉降稳定性好,顶部强度发展迅速,稠化时间线性可调等特点,能够满足110℃以内温差,一次性封固6000m的长封固大温差作业需求。     

高密度高炉矿渣水泥浆固井技术研究

以低密度矿渣水泥浆研究结果为基础 ,设计高密度水泥浆 ,使油气井全井段使用矿渣水泥浆固井 ,以提高固井质量 ,降低固井成本 .以高炉矿渣为水化胶凝材料 ,添加少量水泥和碱性激活剂 ,结合 MTC固井技术和多功能钻井液固井技术 ,设计密度 1 .75～ 1 .93 g/cm3 的矿渣水泥浆、矿渣MTC浆和矿渣 UF浆 .对 3种高密度矿渣水泥浆在 45～ 75℃条件下水泥石的抗压强度 ,水泥浆的凝结时间、流变性和稳定性进行试验对比 .试验结果表明 :3种水泥浆水泥石抗压强度从大到小依次为 :矿渣 UF浆 ,矿渣 MTC浆 ,矿渣水泥浆 .3种体系水泥石抗压强度满足油气井井下射孔作业对水泥石抗压强度的要求 .在 45～ 75℃条件下 ,随着温度的升高 ,高密度矿渣水泥浆和矿渣 UF浆水泥石抗压强度呈降低趋势 .矿渣 MTC浆和矿渣 UF浆的流变性、稳定性和稠化时间可通过钻井液的加量及性能来调整     

高密度高炉矿渣水泥浆固井技术研究

以低密度矿渣水泥浆研究结果为基础,设计高密度水泥浆,使油气井全井段使用矿渣水泥浆固井,以提高固井质量,降低固井成本,以同炉矿渣为水化胶凝材料。添加少量水泥和矿性激活剂结合MTC固井技术和多功能钻井液固井技术,设计密度1.75-1.93g/cm^3的矿渣水泥浆,矿渣MTC浆和矿渣UF浆,对3种高密度矿渣水泥浆在45-75℃条件下水泥石的抗压强度,水泥浆的凝结时间,流变性和稳定性进行试验对比。试验结果表明;3种水泥浆水泥石抗压强度从大到小依次为：矿渣UF浆,矿渣MTC浆,矿渣水泥浆,3种体系水泥石抗压强度满足油气井井下射孔作业对水泥石抗压强度的要求,在45-75℃条件下,随着温度的升高,高密度矿渣水泥浆和矿渣UF浆水泥石抗压强度呈降低趋势,矿渣MTC浆和矿渣UF浆的流变性,稳定性和稠化时间可通过钻井液的加量及性能来调整。     

塔中超深致密砂岩油藏水平井分段压裂技术

水平井分段压裂技术目前已在国内大庆、辽河、华北、西南等油气田进行了广泛的应用,但主要用于垂深小于
4 000 m 的储层。顺9 井区为埋藏深、物性差的砂岩储层,常规直井压裂增产幅度有限,无法获得持续的工业油流,需
通过水平井的分段改造增加泄油面积,提高单井产能。而顺9 井区埋藏深、闭合压力与破裂压力高等特点给水平井的
分段改造工具、液体体系和工艺技术方法的优选带来一系列的难度,在分析国外深层水平井分段压裂工艺技术的基础
上,结合顺9 井区的储层特点和国内水平井分段改造技术能力,从水平井分段改造工艺与工具、液体体系及裂缝参数
等方面进行优化研究,初步形成了适合顺9 井区的水平井分段压裂工艺技术。     

提高粉煤灰低密度水泥浆体系低温性能的研究

目前漂珠低密度水泥浆体系成本愈加昂贵,研究应用替代产品是固井技术的发展方向。研究应用粉煤灰低密度水泥浆体系,开发出适用于低温低密度体系的增强剂PC-A70S中实验结果表明,增强剂PC-A70S、微硅与硫酸盐的加入,可以有效改善粉煤灰低温条件下的化学活性,促进粉煤灰体系早期强度的发展。粉煤灰低密度水泥浆体系能够满足复杂固井作业的要求,具有性能优良、成本低廉的特点。     

页岩储层水平井井周应力预测模型

致密页岩储层进行水平井钻井和压裂改造时,为了精确确定页岩气储层水平井的井周应力,在页岩岩石力学特性的基础上,建立了考虑页岩横观各向同性的本构模型和页岩气储层的地应力模型,并进而建立了页岩气储层水平井的井周应力模型。通过分析页岩气水平井井周应力的分布规律,结果表明：水平和垂直弹性模量比、地应力比和孔隙压力对井周应力的分布有较大影响,而泊松比的影响相对比较小。该致密页岩储层水平井井周应力的计算方法,可为页岩气水平井的钻井和压裂改造提供理论参考和指导。     

超高密度水泥浆体系实验研究与应用

为了解决高密度钻井液条件下固井水泥浆密度问题,开展2.80 g/cm~3超高密度水泥浆研究势在必行。根据固井水泥浆相关工艺及颗粒级配理论模型,优选高密度水泥浆相关材料进行实验分析。确立了三级加重模式设计超高密度水泥浆,即选用100目、500目及200目密度为7.0 g/cm~3的还原铁粉进行加重。选用DHL胶乳作为加重悬浮剂,胶乳颗粒属于纳米颗粒,具有良好的悬浮作用;同时还具有减少水泥浆失水的能力。采用液体外加剂控制水泥浆性能,通过室内试验水泥浆密度达到了2.82 g/cm~3,流动性、沉降稳定性良好,现场应用效果良好。该成果刷新了中石化水泥浆固井纪录,对油气开发具有重大、深远的意义。     

页岩横观各向同性储层水平井井周应力预测模型

致密页岩储层进行水平井钻井和压裂改造时,为了精确确定页岩气储层水平井的井周应力,在页岩岩石力学特性的基础上,建立了考虑页岩横观各向同性的本构模型和页岩气储层的地应力模型,并进而建立了页岩气储层水平井的井周应力模型。通过分析页岩气水平井井周应力的分布规律,结果表明:水平和垂直弹性模量比、地应力比和孔隙压力对井周应力的分布有较大影响,而泊松比的影响相对比较小。该致密页岩储层水平井井周应力的计算方法,可为页岩气水平井的钻井和压裂改造提供理论参考和指导。     

页岩气开发:岩石力学的机遇与挑战

长水平段水平井和分段水力压裂技术是提高我国页岩气单井产量的关键技术.随着页岩气勘探开发面向深层,水平井钻完井面临安全钻进风险高、高效压裂难度大和单井产量低且递减快等难题,问题的核心仍是发展页岩储层断裂、破坏和流动模型,其本质仍为页岩气储层岩石力学问题.受机理研究制约,目前在页岩储层实验测试、裂缝系统与渗流、多场耦合和孔隙弹性等方面仍需要进一步研究与突破.中国的页岩气开发虽然取得了阶段性的成果,其面临的问题仍不容忽视,发展岩石力学相关理论对页岩气开发关键技术有重要的指导意义.同时,低油价条件下清洁开发、降低工程成本和提高单井产量是贯穿页岩气全生产周期的关键问题.本文重点分析页岩气储层力学特征评价、断裂与渗流和流固耦合等机理问题及其研究进展,介绍页岩储层实验测试、井筒安全和高效开采等关键问题,讨论未来的研究方向和热点.     

梨树断陷页岩气水平井钻井关键技术

为解决部署在梨树断陷的首口页岩气水平井梨页1HF井存在的井壁失稳风险高、机械钻速低、固井施工难度大、井眼轨迹控制难度大等技术难题。在梨页1HF井施工过程中,通过综合应用油基钻井液、旋转导向地质导向、双凝双密度水泥浆等技术,并进行了钻头优选和钻具组合优化。施工结果表明井眼稳定,井眼轨迹平滑,水平段共完成进尺1 020 m,储层钻遇率92.7%,固井质量优秀。该井实现了安全、高效钻进,实际钻井周期22.56 d,较设计钻井周期缩短了14.94 d,平均机械钻速7.98 m/h,较设计提高了82.19%。该井良好的施工效果,可见对后续梨树断陷页岩气水平井施工具有积极的指导和借鉴作用。     

深井低密度水泥浆体系的设计与应用

为了解决复杂地质条件及深井超深井施工中经常遇到的压力异常、井漏等地质工程问题,设计了两种适用于深井固井作业的低密度水泥浆体系.根据性能测试结果,粉煤灰复合低密度水泥浆体系可以满足塔河油田对水泥浆密度的要求,将其应用于10多口井,均取得了较好的应用效果.水泥浆返高均达到设计井深,大幅度减少了注水泥漏失的潜在危险,目前已被广泛应用.     

海洋高温高压气井固井防气窜水泥浆研究

性能优良的水泥浆是保证固井质量的关键因素,水泥环空气体窜槽对油气田开发将造成非常严重的后果,一旦气窜发生,即使花费大量的人力物力进行挤水泥,也难于修复到未气窜的封固状态。因此,优选有效的防气窜添加剂,研制性能良好的防窜水泥浆就显得十分重要。文中根据海洋高温高压气井的特点,提出了一套综合适用于高温高压固井的防气窜水泥浆设计的方法。设计出了密度2.40 g/cm3,适合循环温度为125℃和163℃的海洋高温高压气井固井的高密度防窜水泥浆体系。     

深井盐膏及盐水地层固井隔离液体系研究

目前国内深井多钻遇盐膏和盐水地层,常用隔离液体系抗温和抗盐能力较差,温度超过100℃时,在低浓度盐作用下体系失稳沉降严重,易造成固井施工复杂,注替安全隐患极大。选用一种多糖聚合物作为高温抗盐悬浮稳定剂,辅以耐盐的降失水剂及流型调节剂,研制了一套高温抗盐隔离液体系。该体系在钠盐、钙盐和镁盐溶液中均能保持稳定的性能;使用温度可达140℃;具有较好的密度调控能力,在1.3～2.4g/cm3可调;且与常规钻井液、水泥浆具有较好的相容性。该套体系有望应用在深井超深井及盐膏地层、复合盐岩层和盐水地层固井注水泥作业中。     

硅酸钠对固井施工安全的影响

硅酸钠对油井水泥缓凝剂具有促凝和助缓凝两种相互矛盾的作用,为满足固井施工安全性的需求,研究高模数硅酸钠对不同缓凝剂的影响。在分析硅酸钠对不同缓凝剂水泥浆体系水化机制影响的基础上,研究硅酸钠模数、硅酸钠加量等因素对硅酸钠助缓凝效果的影响。结果表明:硅酸钠对加有缓凝剂柠檬酸、酒石酸、氧化锌的水泥浆起到促凝作用,对葡萄糖酸钠起到助缓凝作用;模数为1的硅酸钠缩短了加有葡萄糖酸钠水泥浆的稠化时间,模数为2.2与3.3的硅酸钠延长了水泥浆的稠化时间;在葡萄糖酸钠加量为0.05%与0.075%的情况下,硅酸钠对静止的水泥浆起促凝作用,加量提高对流动的水泥浆起到先缓凝后促凝的作用,缓解了现场固井后候凝时间长的问题;加有硅酸钠的复配缓凝剂与葡萄糖酸钠相比,大温差适应能力好,有利于缩短候凝时间、改善长封固段井的固井质量。     

页岩气双二维水平井极限延伸能力研究

页岩气藏的开发多采用水平井,水平段的延伸能力直接影响到页岩气藏的综合开发效益。双二维水平井具有施工难度小、邻井碰撞风险低、作业费用低等优点。根据长宁页岩气的钻井实际情况,分析了钻机承载能力、钻柱安全系数、地层承压能力及额定泵压等因素对水平井延伸能力的影响,推导了相应计算模型。以长宁已钻页岩气井为基础,计算了不同影响因素随水平段长度的变化。研究表明,双二维水平井的延伸能力主要受地层承压能力和额定泵压影响,钻井施工中应选择合理的钻井液密度和排量,降低水平段岩屑床高度,采取适当的堵漏措施,选择高额定泵压的钻井泵。     

硅灰耐高温低密度水泥浆的研究

用硅灰作高温稳定剂,漂珠为减轻剂,与G级油井水泥配制密度为1•5g/cm3的水泥浆。该水泥浆的特点是:①密度低,用水量小;②在低温下强度高、滤失量低、析水为零、稠化时间可调、流变性好,能满足施工工艺的要求;③水泥石能承受高温,在350℃、20MPa下养护3天,强度达12MPa。该低密度水泥浆可用于低压易漏地层稠油热采井的固井,并可大大减轻因高温引起的水泥石强度衰退,延长油井的寿命。