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。     

抗盐降失水剂HTF-110L的研制及性能评价

针对目前固井降失水剂所存在的抗高温抗盐能力差、温度适应范围窄的问题,以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)为主要单体,并引入新型多羟基羧酸化合物,采用自由基水溶液共聚合成了抗温、抗盐、温度适应范围广的降失水剂HTF-110L.采用正交实验法,优选出了最佳合成工艺条件.采用红外光谱、核磁共振和热失重分析对共聚物进行了表征.结果表明:各单体成功参与聚合,聚合产物为目标产物,降失水剂耐温性能良好;由于在共聚物分子链中引入了多种功能性基团,合成的降失水剂在淡水、盐水水泥浆中具有良好的降失水性能;降失水剂分散性弱,在高温条件下对水泥浆的稳定性影响较小,低温条件下缓凝性弱,对水泥石强度发展无不良影响,具有较宽的温度适用范围;降失水剂与其他油井水泥外加剂配伍性好,以HTF-110L为主剂的低密度、高密度水泥浆体系具有失水量小、流变性好、稳定性佳、过渡时间短、抗压强度高等特点,综合性能优异.     

新型固井降失水剂HTF-210C的研发及性能评价

针对当前高温降失水剂与其他外加剂配伍性差,低温条件下易造成水泥石强度发展缓慢,甚至产生超缓凝现象等问题,通过引入一种偏硅酸盐,研制了高温降失水剂HTF-210C.经红外分析表明,偏硅酸盐是以共混的形式存在于降失水剂中;经热重分析表明该降失水剂具有良好的耐热性能,耐热温度可达300,℃;经水泥浆性能评价表明,该降失水剂控滤失性能好,抗盐达饱和,与其他外加剂配伍性好,低温强度发展快,稠化曲线无"鼓包"、"包芯"现象,且重复性好,稳定性高.     

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。     

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。     

早强速凝水泥在套保油田的应用

API系列油井水泥（J级水泥已经取消）的应用温度一般是在38℃～110℃之间，通过使用水泥外掺料或外加剂来调节水泥浆的性能，使之适用于低温或高温环境。但吉林石油集团公司套保油田浅层稠油井18℃的井底静止温度，使得API系列水泥无法满足冬季固井施工的基本技术要求。由于国内尚无用于低温地层条件（〈30℃）的油井水泥及其外加剂体系，     

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.     

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。     

丁苯胶乳的研制及其水泥浆性能评价

在一定温度下,丁二烯和苯乙烯中加入引发剂、乳化剂和相对分子量调节剂后,聚合生成丁苯胶乳。应用X射线衍射仪、电位测试仪对生成的丁苯胶乳进行结构性能分析,并对丁苯胶乳水泥浆常规物性、水泥石的强度进行了评价。结果表明：丁苯胶乳水泥浆具有丁苯胶乳加量少、抗高温、低失水、低游离水、直角稠化、过渡时间短、防气窜和良好的流变性等特点。水泥浆性能良好,固井质量优异。     

稠油热采硅酸盐水泥抗高温技术研究进展

由于常规油井水泥无法适应热采带来的高温环境,采用改性硅酸盐水泥是稠油热采井固井的主要手段。针对耐高温改性硅酸盐水泥进行了调研与梳理,分析了G级油井水泥的高温衰退机制,总结了目前中外的硅酸盐水泥抗高温技术及其抗高温机理。调研发现:加砂是目前最重要的硅酸盐水泥抗高温手段,在300℃以上的热采井中,常规密度水泥浆体系应掺入45%～60%、细度200目左右的硅粉。在此基础上,选择合理的颗粒级配并添加各类水泥外加剂可以进一步增强高温环境下水泥石的性能。除硅粉以外,中外学者也开发了其他抗高温添加剂,廉价优质的新型抗高温添加剂仍是该领域的研究重点。     

低温MTC固井工艺技术研究

MTC固井技术是利用钻井施工中,要废弃的完井泥浆的降失水性和悬浮性,通过加入廉价的高炉水淬矿渣,激活剂,激活助剂,必要时再加入少量的分散剂、缓凝剂、降失水剂,使完井泥浆转化为性能完全可以和油井水泥浆相当或更好的一种新型固井技术,该转化的泥浆固化液流动性能好,稠化时间易控,具有低失水、微触变性能,稳定性好等特点,其固化体具有良好的抗腐蚀及抗高温老化性,由于该泥浆固化液是由废弃泥浆转化而来,所以和泥浆具有较好的相容性,从而可以达到顶替效率100%的效果,提高固井质量。     

新型耐温抗盐降失水剂的合成与测试

为了弥补国内固井降失水剂的不足,选取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、新型双羧基化合物(XX)为原料合成了共聚物型降失水剂,对其结构进行了表征,全面探讨了各种反应条件对合成降失水剂性能的影响.结果表明,在AMPS、DMAA、XX物质的量的比为70∶25∶5时,固含量为12%,反应温度为60,℃,引发剂加量为0.5%,pH值为8和反应时间为2,h的条件下合成的降失水剂效果最佳,其在200,℃时和饱和盐水水泥浆中,都可将水泥浆API失水量控制在100,mL以内,且可解决因高温水解造成的超缓凝和稠化时间倒挂问题.     

微膨增韧胶乳水泥浆实验研究

在室内优选了一种微膨增韧胶乳水泥浆体系,综合评价了微膨增韧胶乳水泥浆体系,微膨增韧胶乳水泥浆体系具有耐高温、微膨胀、高韧性、低失水和游离液、稠化时间可调且过度时间短、抗压强度和胶结强度高、防气窜性能好,有利于提高固井质量,延长油气井寿命。     

由两种不同功能单体制备的油井水泥胶乳性能评价

固井工程是石油或天然气开采过程中一个很重要的环节,其成功与否关系着油气开采能否顺利进行.随着固井技术的发展,对固井水泥的性能要求越来越高,为了改善其性能,需要加入一些外加剂,如胶乳、降失水剂、缓凝剂和分散剂等.为了解决传统丁苯胶乳分散性差、流动性差和不耐高温等问题,本文采用种子乳液聚合的方式,选用两种不同的功能单体苯乙烯磺酸钠(SSS)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS),与苯乙烯、液体聚丁二烯进行共聚,制得了两种具有抗温抗盐性的功能性胶乳,使用了傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、纳米粒度分析仪、热重分析仪(TG)和场发射透射电子显微镜(TEM)对两种胶乳进行了表征,并对由两种胶乳改性的水泥的性能进行了水泥浆流动度、水泥石抗折抗压强度等测试.水泥浆流动度测试结果表明两种胶乳的分散性能良好,水泥浆流动性能好;热失重测试表明两种胶乳能承受400℃高温.同时通过水泥水化热测定对由胶乳改性的水泥水化过程进行了探究,证明了其优良的分散性及力学性能是由于胶乳分子上的负电荷对水化产物中所包含的Ca~(2+)的吸附作用,使得其结构更加致密,从而提高水泥石的性能,而且使用SSS作为功能单体时,由于其更好的吸附作用,相对于AMPS具有更好的耐温性、分散性、流动性.     

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。     

新油田水泥降失水剂SYB-01的合成与性能评价

通过四元共聚反应,引发温度为55℃,引发剂质量分数为1%,反应前用氢氧化钠使溶液显中性,合成出抗盐、抗温的降失水剂。该降失水剂对水泥浆的抗压强度影响很小。且稠化有直角特性。所以比较适合深井固井作业。     

油井水泥缓凝剂乙二胺四亚甲基膦酸盐的研制与应用

针对深井固井高温环境下水泥浆稠化时间和抗温性能难以满足现场施工的问题,研制了一种抗温抗盐缓凝剂乙二胺四亚甲基膦酸盐(EDTMP),考察了EDTMP的热稳定性、高温缓凝性能、抗盐性能、配伍性能以及其对水泥石抗压强度的影响.将EDTMP与其他缓凝剂作了对比,探讨了EDTMP的缓凝机理,并进行了现场试验.结果表明,EDTMP可抗170℃的高温,加量少,稠化时间可调,过渡时间短;对NaCl不敏感,对水泥石抗压强度无影响,与其他外加剂有很好的配伍性;EDTMP稠化曲线较理想,没有出现稠化曲线不稳定和水泥浆性能不稳定的现象.该缓凝剂能较好地适应高温环境、盐膏层和长封固段,现场试验取得了很好的效果.     

油井水泥缓凝剂乙二胺四亚甲基膦酸盐的研制与应用

针对深井固井高温环境下水泥浆稠化时间和抗温性能难以满足现场施工的问题,研制了一种抗温抗盐缓凝剂乙二胺四亚甲基膦酸盐(EDTMP),考察了EDTMP的热稳定性、高温缓凝性能、抗盐性能、配伍性能以及其对水泥石抗压强度的影响.将EDTMP与其他缓凝剂作了对比,探讨了EDTMP的缓凝机理,并进行了现场试验.结果表明,EDTMP可抗170℃的高温,加量少,稠化时间可调,过渡时间短;对NaCl不敏感,对水泥石抗压强度无影响,与其他外加剂有很好的配伍性;EDTMP稠化曲线较理想,没有出现稠化曲线不稳定和水泥浆性能不稳定的现象.该缓凝剂能较好地适应高温环境、盐膏层和长封固段,现场试验取得了很好的效果.     

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。     

水泥浆的流变性国内外研究现状之分析

水泥浆的流变性主要受水灰比,水泥细度以及外加剂,水化时间等因素的影响。另外,影响水泥浆流变性的因素还有水泥浆的水化龄期、水泥熟料矿物中C3A含量、水化温度、水泥外加剂等。