纤维水泥浆体系防窜性能研究

针对固井过程中的气窜问题,对纤维水泥浆的防窜性能进行了实验研究.结果表明,纤维水泥浆的静胶凝强度提高速率比无纤维水泥的快,而且静胶凝强度达到一定值之后其抗压强度会迅速增大,有利于固井作业完成后水泥浆的快速凝结,防止气窜的发生;纤维水泥浆与无纤维水泥浆的稠化时间相差较小,且直角化性能理想;纤维长度为350～1 400 μm、掺量为0.12%～0.3%的纤维水泥浆体系具有较低的水泥浆防窜性能系数,可以有效地提高水泥浆的防窜性能.     

水泥类型对固井水泥环胶结强度与密封性影响的研究

深水浅层固井质量对固井完整性起关键性作用.水泥环完整性失效将会导致环空窜流的发生,严重的环空窜流不仅影响后续钻井施工,还会影响安全开采,甚至可能导致全井报废.为探究水泥类型对固井水泥环胶结强度与密封性的影响,设计开展了海洋环境模拟实验,结果表明:水泥浆硬度的差异对浅部弱胶结地层固井第二胶结面密封性的影响较小,但候凝时间...     

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。     

多功能防气窜水泥体系研究及其应用

针对常规水泥浆体系胶凝强度从48～240Pa过渡时间长,水泥石体积收缩形成微孔隙形成气窜通道的难点,利用紧密堆积理论于颗粒大小分布技术,经过大量的室内实验研究出多功能防气窜水泥浆体系,分别在松南地区和塔里木盆地等地区的浅层气井、深井高温高压气井中得到大量应用,固井质量优良,合格率达到100%.结果表明该水泥浆体系具有良好的防气窜性能,对天然气井的固井具有借鉴和指导作用.     

纤维水泥浆体系防窜性能研究

针对固井过程中的气窜问题，对纤维水泥浆的防窜性能进行了实验研究。结果表明，纤维水泥浆的静胶凝强度提高速率比无纤维水泥的快，而且静胶凝强度达到一定值之后其抗压强度会迅速增大，有利于固井作业完成后水泥浆的快速凝结，防止气窜的发生；纤维水泥浆与无纤维水泥浆的稠化时间相差较小，且直角化性能理想；纤维长度为350-1400μm、掺量为0．12％～0．3％的纤维水泥浆体系具有较低的水泥浆防窜性能系数，可以有效地提高水泥浆的防窜性能。     

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。     

高温高压气井复合型水泥浆体系研究与应用

针对超深高温高压气井固井难点,通过优选DC200型胶乳增强水泥浆防气窜性能,降低水泥石渗透率;优选改性弹性粒子、有机聚合物纤维和无机矿物纤维为复合增韧材料,有效增强水泥石弹韧性,研制出了高温防气窜性能和弹韧性能优良的复合型水泥浆体系。评价显示:体系耐温达160℃以上,SPN值1,静胶凝强度过渡时间仅为12 min,防气窜效果好;与常规水泥石相比,渗透率可降低80%左右,弹性模量可降低60%左右,抗折强度可增加84%左右,水泥石抗冲击载荷可增加86.69%左右,显示出优异的力学性能;该体系在塔中顺南401井和顺南4-1井成功应用,整体固井质量良好。说明该体系可满足超深高温、高压气井固井技术要求,应用前景良好。     

镇—泾油田防水窜固井工艺技术难点及对策

镇—泾油田存在油水同层、水层分布丰富、底水活跃、原油伴生气等特点,水泥浆在凝固期间容易受地层流体的侵蚀、冲刷、污染,从而影响水泥浆的水化反应和强度发展,导致水泥浆容易发生油气水窜,影响水泥环的胶结质量。通过分析,研究出适合本工区的水泥浆体系和固井工艺技术措施,解决了镇—泾油田油气水窜的问题。优质率由28%提高到88.23%,提高60.23%。合格率由76%提高到100%,提高24%。     

油井水泥多功能防窜剂的研究及应用

针对国内外石油工程界尚未很好解决的固井技术难题，提出了新的防窜作用机制，并研制开发出了F17C油井水泥双膨胀降滤失剂，对其在不同条件下的膨胀量、滤失量、胶结强度和工程性能进行了评价。结果表明：F17C不仅可使油井水泥浆产生足够的塑性膨胀和后期膨胀，而且还能有效地控制水泥浆的失水量。掺入该材料后，水泥浆的其它工程性能也满足API规范和现场施工的技术要求。100多口井的固井实践证明：F17C可大幅度提高调整井的固水优质率，是一种值得推广的新型油井水泥多功能防窜剂。     

多功能防窜水泥浆体系研究与应用

为解决固井后初次气窜问题,从阻止气体发生界面窜流和基体内窜流入手,提出了短静胶凝强度过渡时间、高气侵阻力、低体积收缩率防窜水泥浆体系设计思想。以此作为指导思想开展室内实验,通过添加防窜剂A1和A2优化水泥浆性能,对比2#成熟防窜水泥浆体系和3#普通水泥浆体系的3个防窜关键性能参数,结果表明:设计出的1#多功能防窜水泥浆体系防窜性能更为优良。1#水泥浆在高压气井D2–7获得成功应用,固井合格率达到了88%,后期生产作业也未发现环空带压现象。     

动态压力下固井防窜增韧剂研究与性能评价

调整井固井过程中地层压力时刻处于波动状态，这导致了严重的水窜；此外，储层改造时水泥环破裂将造成环空窜流。针对调整井固井存在的上述问题，首先，通过优选防窜增韧材料进行复配研究，制备出了一种动态压力下固井防窜增韧剂。然后，针对动态压力下水窜的特点，采用自主研制的新型水窜评价装置对防窜增韧改性水泥浆的防水窜性能进行评价。此外，还评价了防窜增韧改性水泥石的膨胀性能、力学性能和防窜增韧改性水泥浆的工程性能。最后，在渤海油田进行了现场试验。结果表明，防窜增韧剂增强了水泥浆的抗动态水分散性能和水泥石胶结界面的防水窜性能，减少了失水量和体积收缩；同时，该材料显著提升了水泥石的韧性，并且对水泥浆的各项工程性能没有负面影响；现场试验结果显示固井质量优于邻井。说明该防窜增韧剂可满足动态压力下固井防窜和增韧的要求。     

MTC固井技术在中原油田的现场应用

泥浆转化为水泥浆(Mud-To-Cement,简称MTC)技术是利用钻井液的降失水性和悬浮性,通过加入廉价的高炉水淬矿渣(BFS)和激活剂(BAS),将钻井液转化为完全可以与油井水泥浆相媲美的固井液。固井作业中,因常规水泥与钻井液难以相容,造成固井水泥污染,严重影响固井质量。设计密度为1.50~1.60 g/cm³泥浆固井液体系,该体系以矿渣为水化材料,再加入激活剂,通过室内试验和现场应用,结果表明,该技术能提高固井质量,降低固井成本。在中原油田MTC固井技术首先在钻井三公司桥57井等10口井的中完固井中获得了成功现场应用,取得良好的经济效益和社会效益,并推广应用。     

硅溶胶在固井水泥浆中的应用性能研究

对比分析了添加硅溶胶前后固井水泥浆性能的变化,以此获得硅溶胶的作用特点,为硅溶胶的推广应用提供理论依据和实验基础.结果表明,水灰比为0.44时,添加1.0%的硅溶胶就能明显改善浆体的稳定性;水灰比为0.75时,添加4.0%的硅溶胶可得到1.60 g/cm3的低密度水泥浆.随后利用ATR-IR、XRD、DSC-TG、SEM等手段分析水泥水化产物,结果表明:硅溶胶具有火山灰的作用,添加量为1.0%时已具有较明显的促凝、增加抗压强度及降低渗透率的作用;同时,它还具有一定的防高温衰退作用,在127℃单独添加1.0%的硅溶胶或在165℃将1.0%的硅溶胶与15.0%的硅粉混合使用,养护3 d后均没有明显的水泥石强度衰退发生.     

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.     

油井水泥纤维增韧材料的研究与应用

为了解决国内油田薄油层井、小间隙井和侧钻井固井后射孔及后续增产措施造成的水泥环脆裂(即二次窜流)问题,研制开发了油井水泥纤维增韧材料(增韧剂F17F).对增韧水泥石的各种力学性能(抗折强度、抗冲击功、弹性模量和应力/应变关系等)及纤维增韧水泥浆体系的工程性能进行了测试.结果表明,增韧水泥石的弹性模量降低了16.9%~48.0%,抗冲击功提高了27.0%~68.0%,抗折强度提高了15.9%~33.0%;增韧水泥的流动性得到改善,其失水量和析水率显著降低.此外,还进行了聚能射孔试验、地面打灰试验、1口井的现场打水泥塞试验和2 口井的现场固井试验.室内实验和现场试验结果表明:增韧水泥的强度、抗冲击能力及其综合工程性能均能满足固井施工的要求.     

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。     

基于分形理论的固井水泥浆体系设计

为了有效解决复杂工况下油井水泥混合料配比设计面临的难题,引入分形几何理论建立了颗粒群分形级配模型,结合激光粒度测试得到的材料粒径分布状况及分形维数的合理筛选(D=2.561),假定在小于1.68、1.68～56.23、大于56.23μm三个粒径范围内分别填充微硅、水泥和漂珠,设计出密度为1.40g/cm3的低密三元级配体系,并参照塔里木深井固井技术指标对体系水泥石力学性能(抗压、抗折和界面胶结强度)和浆体性能进行了测试.结果表明,三元体系紧密堆积效果显著,水泥石强度明显高于同密度的微硅或漂珠类二元体系,浆体失水量和析水率较低,稳定性好,稠化和流变性能均满足固井施工要求.实验结果验证了应用分形级配理论辅助设计固井水泥浆体系的可行性.     

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。     

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。     

低温抗盐降失水剂LTF-1的室内合成及性能研究

针对低温浅层、盐层油气井固井水泥浆存在低温强度发展缓慢、受盐层影响较大的问题,依据自由基水溶液聚合原理,制备出一种低温抗盐降失水剂LTF-1.LTF-1是利用AMPS、AM和一种单体X通过共聚反应制备而成,采用正交实验法,确定单体配比、优化分子结构、调整相对分子质量大小及其分布,优选出LTF-1的最佳合成工艺条件.室内研究表明,以LTF-1为主剂的低温水泥浆体系具有强度发展迅速、失水量低、抗盐能力强、流变性优异、缓凝性弱及稠化时间易调等特点,解决了常规降失水剂固井水泥浆存在低温强度发展缓慢、受盐层影响较大的问题;其综合性能能够满足低温浅层及盐层油气井的固井要求.