MTC固井液二界面胶结强度实验研究

常规水泥浆体系固井二界面胶结强度较低,为了解决这一问题,进行了MTC固井液二界面胶结强度实验研究.结果表明,MTC固化体的体积收缩率远小于水泥石的体积收缩率.与低密度水泥浆体系相比,MTC固化体系与泥饼之间能够实现整体固化胶结,MTC固化体二界面胶结强度受井壁界面性质影响较小,尤其在有一定泥饼存在的情况下更是如此.但由于MTC固化体的抗压强度较低,在地层压力或注入压力较高的井中应谨慎使用.     

新型钻固一体化潜活性材料性能研究及应用

提高固井第二界面胶结质量一直以来是钻井工程的作业目标之一,新型钻固一体化是通过在钻井液中加入潜活性材料使井壁形成的滤饼中含有潜活性材料,固井时通过固井液将滤饼中潜活性材料激活固化,使固井液-滤饼-地层形成一个整体从而提高固井第二界面胶结质量,其技术的核心是潜活性材料。主要围绕一体化潜活性材料性能开展研究,实验结果表明150℃/30 d高温老化验证含20%潜活性材料的钻井液钻井施工相对安全,一体化潜活性材料固井液在90℃、120℃和150℃下48 h抗压强度大于14 MPa,满足一体化固井液在90℃、120℃和150℃转换固井技术要求。150℃养护2 d后一体化潜活性材料泥饼与水泥、一体化潜活性材料泥饼与一体化固井液分别是普通钻井液泥饼与水泥的2.04倍和2.45倍,10 d后分别是2.25倍和2.84倍,这说明钻井液中加入一体化潜活性材料可提高固井第二界面胶结强度。通过27Al和29Si NMR图谱分析得出一体化潜活性材料泥饼界面比普通泥饼界面胶结结构更稳定。现场12口一体化潜活性材料应用证明,钻井液中加入一体化潜活性材料对于提高固井第二界面质量有一定好处,应进一步加大推广应用。     

PZJ型多功能冲洗液的室内研究

在钻井施工中,钻井液形成的泥饼直接影响后期的固井质量,如何有效地冲刷泥饼,提高界面的胶结能力,对提高固井质量至关重要。在前期对复配型表面活性剂的冲洗效果及其作用机理研究的基础上,经室内实验,确定了PZJ多功能冲洗液配方。实验结果表明:该冲洗液具有良好的流变性和耐温性,接近于牛顿型流体;对低固相泥浆、油基泥浆的冲洗效率均达到了88%以上,同时使界面胶结强度提高50%以上。通过扫描电镜,对胶结强度提高原因进行了微观分析。     

南海天然气水合物地层固井二界面胶结特性模拟

针对南海天然气水合物泥质粉砂地层松软且固结弱,固井胶结规律及界面损伤过程仍不清楚的问题,首先,制备南海天然气水合物模拟地层;其次,探讨水泥浆、地层类型和养护时间等对固井二界面胶结强度的影响规律;最后,利用内聚力模型模拟固井二界面黏性接触,并考虑水泥水化过程,建立固井二界面损伤分析模型,探究水合物固井二界面损伤规律.研究...     

基于拉伸胶结强度的水泥环一界面完整性评价

油气井工作液密度降低或油气开采必将导致井筒内压降低,使水泥环一界面受到拉伸作用,造成水泥环与套管发生剥离,从而产生微环隙。过去由于没有拉伸胶结强度测量装置和方法,在进行水泥环封隔完整性研究和设计时,均采用水泥环一界面的剪切胶结强度或者水力胶结强度,导致在水泥浆体系优选和封隔完整性设计时存在不足。为此,根据水泥环工作时的受力过程,研制了水泥环一界面拉伸胶结强度测试装置并提出了相应的测量方法,基于该装置进行了水泥浆体系优选及一界面封隔完整性评价。通过对比水泥环一界面拉伸胶结强度和剪切胶结强度,发现前者约是后者的0.37～0.45,采用剪切胶结强度进行水泥浆体系优选或封隔完整性评价可能导致水泥环一界面封隔失效。实验发现,在高压养护条件下胶乳水泥浆体系一界面拉伸胶结强度大于膨胀增韧水泥浆体系和自愈合水泥浆体系一界面拉伸胶结强度。将水泥环一界面拉伸胶结强度作为油气井固井水泥浆实验设计、评价水泥环封隔完整性的重要依据之一,更能保证油气井安全生产运行。     

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。     

高强增韧低密度水泥浆体系的制备

针对低压易漏地层、欠平衡井固井时水泥浆漏失低返和地层伤害等难题,开发了一种高强增韧低密度水泥浆体系.评价了该水泥浆体系的工程性能和水泥石的基本力学性能、体积收缩率及沉降稳定性.结果表明:水泥浆密度为1.17g/cm3时,80℃、24h抗压强度为10MPa,水泥石体积收缩率小,水泥浆沉降稳定性能优越,工程性能满足施工技术要求.微观结构分析表明:增强材料颗粒级配合理,掺入水泥浆体后,可提高水泥石密实度,降低水泥石有害孔隙率.     

固井前置冲洗液的研究发展

冲洗液的主要作用是冲刷井壁和套管壁的虚泥饼、油浆和油膜,稀释钻井液使之保持良好的流动性能。从而提高顶替效率并改善界面亲水能力,提高第一、二界面胶结强度,提高固井质量的。所以我们要在使用前要进行合理的设计,要全面了解其种类、性能标准、体系常用组分及作用原理、设计要求以及性能评价手段、方法、标准等,这样才能很好的利用和综合发挥冲洗液的作用。     

非金属微粉低密度水泥浆的制备

低密度水泥浆可解决低压易漏井固井时水泥浆漏失的难题,但由于其水泥石抗压强度低、体积收缩大,严重影响了固井质量和油井寿命.用外掺法在水泥颗粒空隙中添加非金属微粉,降低水泥石的孔隙率和收缩率,并提高其抗压强度.研究结果表明,与相同密度(1.4 g/cm3)掺有漂珠的低密度水泥浆相比,掺有非金属微粉的低密度水泥石的抗压强度显著提高,水化1 d后有害孔率降低了72.4%,7 d体积收缩率降低了58.9%,水泥浆的工程性能基本满足固井施工的技术要求.     

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     

纤维水泥浆体系防漏性能评价及作用机制

在固井过程中遇到孔洞型或裂缝型漏失地层时,水泥浆会漏失低返,造成环空流速下降,降低顶替效率、影响胶结质量和油气井产能。运用自制设备评价多种防漏水泥浆体系的性能,并分析S90水泥浆体系防漏机制。结果表明:S90纤维水泥浆体系模拟堵塞3 mm孔板和缝板,5 MPa可承压10 min;在S90纤维水泥浆体系中加入特种黏结剂KE50后,模拟堵塞4 mm孔板和缝板,7 MPa可承压10 min;在水泥浆漏失过程中,S90体系中长纤维、短纤维和特种黏结剂形成致密的、牢固的纤维网格,减慢和阻止水泥浆体通过,在裂缝周围形成致密的滤饼后防漏效果显著;净浆、胶乳水泥浆和低密度水泥浆无防漏作用。     

泥水盾构泥浆在砂土地层中的渗透特性及对地层强度的影响

对于泥水盾构隧道施工,在有压泥浆渗透到地层的情况下,开挖面表面会形成渗透系数极小的泥膜.通过作用在不透水的泥膜上的泥浆压力来平衡掌子面前方的土水压力,以保证开挖面的稳定.以南京纬三路过江通道工程为背景,选择粒径及级配不同的3种地层,进行室内有压泥浆渗透地层模型试验,探讨有压泥浆在不同地层中的渗透特性及泥浆渗透对地层强度的影响规律.研究发现,对于砂土地层,其渗透系数是影响泥浆渗透深度及泥膜质量的重要因素,渗透系数分别与泥浆渗透深度及滤水量呈线性相关关系,而渗透到地层中的泥浆也会随着地层粒径的变化对砂土地层的剪切强度产生不同且有规律的影响.本文的研究成果可以为泥水盾构合理的泥浆支护压力提供相关参考.     

钻井液润湿性对固井Ⅰ、Ⅱ界面胶结质量的影响

利用自行设计的HmP岩心滤失简易装置,近似模拟井下条件形成泥拼,并考察不清洗、清洗、清除并清洗3种情况下岩心与水泥装的剪切胶结强度;同时,用金属棒模拟套管进行相应实验。研究表明:钻井液润湿性对固井I、Ⅱ界面胶结强度的影响非常大,与水基钻井液相比,油基钻井液形成的界面胶结强度降低了近15%。因此,在设计前里液时合理使用润湿反转别很有必要。     

砂卵石地层盾构泥浆渗透成膜细观分析及离散元模拟

为研究泥水平衡盾构在砂卵石地层成膜困难的问题,采用自制设备,开展泥浆渗透试验,观察泥浆在卵石地层中形成泥膜的过程,对泥浆颗粒在地层中的堆积形态进了细观分析,探究泥浆渗透成膜机理。基于FLUENT-EDEM耦合方法,建立泥浆渗透数值模型,结果表明：泥膜的三种渗透状态取决于泥浆地层颗粒比;相同条件下泥浆的渗透深度随泥浆密度增大而减小,随着泥浆压力的增大而增大,但泥浆压力的影响较小。数值模拟结果可反映室内试验现象,结论可为盾构施工参数的选取提供参考。     

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。     

粉煤灰复合低密度水泥浆体系研究

为满足低压易漏失井对低密度水泥浆提出的要求,研制出一套密度范围在1.40 g/cm3-1.55 g/cm3的粉煤灰复合低密度水泥浆体系.当降失水剂加量为11%,缓凝剂加量为0.05%,激发剂加量为1%,该水泥浆体系抗压强度大于18 MPa,滤失量小于50 mL,初始稠度低,稠化时间可调,综合性能良好.     

不同界面剂对湿接缝混凝土黏结性能影响

为了研究界面剂对湿接缝粘结性能的影响,首先通过力学性能试验,确定硅灰水泥净浆界面剂中硅灰的最佳掺量,再通过劈裂抗拉强度试验、三点弯曲试验和抗剪强度试验,探究普通水泥净浆、硅灰最佳掺量下的水泥净浆、环氧树脂作为界面剂,对湿接缝粘结性能的影响效果。结果表明:硅灰最佳掺量为8%,此时水泥净浆力学性能最优,从抗拉角度和抗剪角度进行分析,不同界面剂对湿接缝粘结性能的影响,由大到小排序均为:环氧树脂界面剂＞掺8%硅灰水泥净浆界面剂＞普通水泥净浆界面剂＞无界面剂,其中普通水泥净浆界面剂对湿接缝粘结性能提升较小,而环氧树脂界面剂和掺8%硅灰水泥净浆界面剂对湿接缝粘结性能提升效果较为明显。     

泥饼强度影响因素研究

用ＦＣＰ－２０００泥饼针入度仪对吐哈油田常用聚合物泥浆和聚磺泥浆体系中影响泥饼质量的因素进行了系统研究．结果表明体系中固相颗粒的含量及其粒度分布对泥饼强度的影响最大．虽然作用机理不同,但起抑制和封堵作用的处理剂都能提高泥饼强度,而尤以含有钾铵基聚合物的泥浆的泥饼强度最大．实验中还发现一具有规律的异常现象,即压力增加时,泥饼致密层变厚,但其强度却降低．现场泥浆检测标明,钾铵基聚磺泥浆具有最好的泥饼强度,最高可达４００ｇ以上．对水基钻井液体系而言,一般泥饼强度为２００ｇ左右即能满足工程要求．