胶乳水泥浆的室内研究及应用

为了有效提高水平井水泥环胶结强度,提高固井质量,通过对现有胶乳添加剂的改善和优选,开发出一种新型胶乳水泥浆体系。对该体系的失水控制、防漏失性能、流变性、稳定性、稠化时间及水泥石力学性能进行了室内实验。实验表明,胶乳水泥浆具有良好的流变性和较高的沉降稳定性,能有效控制失水、防止环空窜流;水泥石的渗透率低、弹性及抗拉强度高、抗冲击能力强;能有效提高第一界面和第二界面的胶结强度,延长水平井寿命。     

防气窜丁苯胶乳水泥浆的性能研究

对丁苯胶乳水泥浆的泥浆稠化性能、防气窜性、水泥石的抗冲击性及弹性进行了室内研究,并通过采用丁苯胶乳与降失水剂的复配对降失水性进行探讨,研究表明：丁苯胶乳的加入增强了水泥石的抗冲击性及弹性,复配后水泥浆的降失水性性能很好。     

低温胶乳盐水水泥浆体系研究与应用

针对浅层盐穴储气库井固井中存在的强度发展缓慢、水泥石韧性差等问题,开发了适用于浅层盐穴储气库井固井的低温胶乳盐水水泥浆体系.室内实验研究表明,该体系具有稳定性好、失水量低、水泥浆稠化时间可调、水泥石力学性能优良等特点,并且胶乳增强了水泥石的弹性形变能力,使水泥石韧性增强,有助于提高水泥石抗冲击破坏的能力.胶乳盐水水泥浆体系综合性能良好,能改善第一、二界面胶结,提高浅层盐穴储气库井固井质量.并成功应用于安宁盐穴储气库安资2井.     

胶乳纳米液硅高温防气窜水泥浆体系

针对顺南区块超深高温高压气井固井面临井底温度高、气层活跃难压稳的问题,研究了胶乳纳米液硅高温防气窜水泥体系。通过将纳米液硅防气窜剂与胶乳防气窜剂复配使用,协同增强水泥浆防气窜性能;不同粒径硅粉复配与加量优化,增强水泥石高温稳定性;无机纤维桥联阻裂堵漏,抑制裂缝延展,提高水泥浆防漏性能和水泥石抗冲击性能。该水泥浆体系具有流动性好、API失水量小于50 mL、直角稠化、SPN值小于1,水泥石具有高温强度稳定性好、胶结强度高、抗冲击能力强的特点。密度为1.92 g/cm3的水泥浆体系在190℃、21 MPa养护30 h后超声波强度逐渐平稳,一界面胶结强度达12.6 MPa;水泥石弹性模量较常规低失水水泥石降低52%,抗冲击强度增加了188%,且受霍普金森杆冲击后仅纵向出现几条未贯穿的裂纹。该高温防气窜水泥浆体系在顺南5-2井和顺南6井成功应用,较好地解决了顺南区块超深气井固井难题。      

新型膨胀剂在胶乳水泥浆体系中的应用

油井水泥固有的收缩特性是造成水泥环-地层、水泥环-套管间胶结质量不理想而诱发气窜的原因之一。在分析油井水泥膨胀剂作用机理的基础上,通过试验研制出了新型膨胀剂PZ-3S,该膨胀剂能有效降低水泥浆的凝结收缩率和提高水泥石的界面胶结强度,改善固井水泥环与套管和地层胶结界面的胶结质量,防止界面窜流,且有助于水泥石抗压强度的提高。同时,验证了该膨胀剂与胶乳水泥浆体系具有良好的相容性,对胶乳水泥浆体系的综合性能(如失水、稠化时间、自由水、流变性等)无不良影响。现场应用表明,膨胀剂PZ-3S加入胶乳水泥浆体系后能有效提高水泥石的抗压强度和胶结强度,能减少微环隙产生的可能性和提高胶孔水泥浆体系的防窜性能。     

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针对胶乳种类对油井水泥浆性能的影响；胶乳加量对油井水泥浆性能的影响；降失水剂对胶乳水泥浆体系性能的影响；胶乳对水泥石强度的影响。实验研究了国产丁苯胶乳对油井水泥浆的失水、流变性、自由液和水泥石抗压抗折强度的影响。结果表明 ,随胶乳加量增大，胶乳对水泥浆体系的流变性影响不大，但使体系的失水量及自由液明显降低，对水泥石的抗压强度减小而抗折强度增大。理论分析了胶乳对油井水泥浆性能影响的因素。     

GJ-1保护气层防气窜水泥浆体系研究

分析了低渗透气田气层对水泥浆性能的要求和水泥浆抗气窜水泥浆体系。对该水泥 本系从宏观到微观，从水泥浆性质到水泥石特性进行了试验。结果表明，GJ－1水泥外加剂调整了水泥石内部的微观结构，提高了水泥石的韧性和抗冲击性；低失水量降低了水泥浆对产层的污染性；该水泥浆体系具有塑性胶乳特性，可使水泥浆具有良好的束缚自由水和固相微粒的能力和提高界面胶结的能力，在低失水量条件下具有形成致蜜坚韧的胶膜的特性，使水泥浆在候期间具有较强的防止地层流体窜入环空的作用，降低了水泥石的弹性系数，改善了水泥石的抗冲击韧性，提高了气层的封固质量，能防止油气水容，保护油气层。     

SDJR胶乳水泥浆体系研究

通过室内实验研究,研制出了SDJR胶乳水泥浆体系,并对SDJR胶乳常规物性、水泥浆流变性、抗压强度、抗折强度和防气窜性能进行了评价。结果表明,该水泥浆具有低失水、直角稠化和良好的流变性等特点,同时,形成的水泥石抗弯曲变形能力强,柔韧性好。SDJR胶乳水泥浆体系的防气窜模拟实验进一步表明该体系具有较好的防气窜效果,能有效解决现有的气窜问题。     

新型耐高温油井降失水剂的合成与性能评价

以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和一种具有特殊结构的磺酸基单体(TS)为原料,过硫酸氨为引发剂,合成了新型抗高温抗盐油井水泥降失水剂FR。利用红外光谱、核磁共振、热重分析表征降失水剂FR的结构及热稳定性,评价了含降失水剂FR的水泥浆的降失水性能、抗温性能、抗盐性能、稠化时间等工程性能。结果表明:丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和磺酸基单体(TS)有效聚合到降失水剂FR中;该降失水剂耐温性能和控制失水性能良好,可在90~200℃内使用,当温度为200℃、FR质量分数为1.0%时,水泥浆体系失水量为48 mL;降失水剂FR耐盐性能良好,可在含有25% NaCl的水泥浆体系中使用,并控制其失水量为24 mL;降失水剂FR适应性良好,可应用于不同品牌的水泥中,对水泥浆流变性、水泥石抗压强度等无不良影响。采用化学分析、扫描电镜等手段研究了降失水剂FR的黏弹性吸附层理论的作用机理:高分子通过电荷作用吸附到带正电的水泥颗粒上,形成一层可压缩的黏弹性吸附层,在失水的压差作用下,吸附层被挤压并填充到水泥颗粒间的空隙中,从而有效、牢固地堵塞了失水通道、降低了滤饼渗透率。该理论能合理解释吸附增黏类降失水剂的作用机理。     

抗温防窜胶乳水泥浆体系的研制

陆东五彩湾地区油气井固井过程中气侵、气窜严重，而现有的防窜水泥浆体系防窜作用单一，很难满足固井要求。为解决这种问题，提出用胶乳水泥浆体系来防窜。通过实验，从应用广泛的固井胶乳中优选出性能优良的胶乳，为进一步加强其防窜和降失水性能，使其与高性能降失水剂复合，添加适量外加剂，形成新型防气窜胶乳水泥浆体系；进而研究了不同温度条件下胶乳水泥浆体系对稠化时间、流变性、降失水、抗压强度的影响。结果表明：该胶乳水泥浆体系具有较强的抗温防窜性能，能完全满足该地区的固井要求。     

鄂尔多斯盆地伊陕构造单通道井完井固井技术

为提高鄂尔多斯盆地伊陕斜坡构造单通道井完井固井水泥环的封固质量及界面胶结强度,选用剪切稀释性良好的隔离液体系,有效隔离钻井液与水泥浆;采用微珠低密度水泥浆封固非产层,降低薄弱地层发生漏失的风险;采用胶乳水泥浆封固产层,保证产层水泥环具有良好的抗高温、防气窜性能;通过选择合适的固井工具,设计合理的完井管串,制定固井技术措施,有效解决了管内水泥塞长、替空、顶替效率差等问题,形成了单通道井完井固井技术。伊陕斜坡构造15口单通道井应用了该技术,固井质量优良率100%,优质率达到66.7%。这表明,单通道井完井固井技术能有效提高伊陕斜坡构造单通道井的固井质量。      

水泥浆防窜性能实验评价及其应用

固井防窜一直是困扰石油工业多年的问题,因水泥浆候凝期间的环空有效静液柱压力不断降低,在其降低到地层流体压力之后,水泥浆能不能抵御地层气体对其液相的置换是固井防窜的关键。为此,从水泥浆窜流能力评价方面着手, 结合现场井况和固井工艺的水泥浆窜流试验方法,对目前常用的一些防窜材料,诸如成膜类、AMPS合成共聚物类、改性纤维素类降滤失剂及胶乳、膨胀剂、微硅等的窜流性能进行了评价。结果表明：在不同条件下各类外加剂的防窜特性不一,低温下成膜聚合物水泥浆的防窜性能有一定保障,但随着温度的升高,其性能就会受到一定影响;胶乳水泥浆体系的防窜能力相对较稳定,在不同条件下保证胶乳的有效掺量就可以保障水泥浆的防窜性能。实验评价结果在川渝地区、长庆苏南、吐哈鲁克沁、玉门酒东等气田进行了超过150口井的胶乳水泥浆现场应用,未发生窜流,固井效果良好。     

新型抗高温聚合物/胶乳防气窜水泥浆体系在南海流花深水区块的应用

针对南海流花深水区块的油气层具有井底温度高、渗透性好等特点,研制出了一种新型的适用于深水油气层固井的抗高温聚合物/胶乳防气窜水泥浆体系。通过室内实验,给出了适用于不同温度下的水泥浆体系配方,并对其常规物性、流变性和防气窜性能进行了评价。现场应用结果表明,该水泥浆具有抗高温、低滤失量、防气窜等特点,应用的3口深水井油气层段固井质量全优。     

海上增韧防窜固井水泥浆体系研究及应用

针对海上高压低孔渗油气田固井注水泥候凝时气窜、储层压裂后水泥环破裂等问题,经数值模拟分析压裂作业所需水泥石的性能参数,通过加入胶乳、纤维和膨胀剂等材料,降低弹性模量,增加抗拉强度,达到防收缩防产生间隙的目的,研制了海上增韧防窜固井水泥浆体系。室内评价结果表明,该水泥浆体系的密度为1.65~1.85 g/cm3,API失水量小于50 m L;稠化时间在3~6 h可调;游离液为0,具有良好的施工性能,满足作业要求。水泥石24 h抗压强度大于14 MPa;杨氏模量为3~5 GPa;泊松比为0.13~0.20,满足了压裂对水泥石韧性的要求。该体系弹性模量较常规水泥石降低了约50%,抗拉强度提高了10%左右,增韧防窜性能优良。该体系在东海多口井现场应用,固井质量优良,满足了防气窜和压裂作业的需要。     

青海油田英西深层水平井固井技术

青海油田英西狮子沟区块深层油气藏是近年来柴达木盆地油气勘探的重大突破,该区块资源潜力巨大,同时复杂的钻井、地质条件给固井质量和后续开采带来了巨大的挑战。针对该区块水平井多级压裂的开发特点,为了建立有效的层间封隔,保持水泥环长期密封完整性,通过分析固井难点,完善了固井工艺,优选水泥浆和前置液体系,形成了一套适用于狮子沟水平井开发的固井技术。使用自愈合剂有效封堵水泥石出现的微裂缝,抑制油气窜流,使其同时具有弹性水泥特征,保证水泥环长期密封完整性。形成的基体抗侵防窜水泥浆体系具有一定触变性和较强的内部黏滞力,具有良好的"静止堵漏"效果,同时可降低窜流发生的风险。2018年以来,该固井技术在英西狮子沟区块应用20余井次,平均井深5000 m,平均水平段长1000 m,现场应用效果良好,满足后续体积压裂改造的技术需求,为英西深层开发提供关键配套技术,具有广阔的市场应用前景。      

复杂井固井低密度水泥浆体系性能研究

针对低压易漏地层固井中易漏失、流体窜槽和高浓度盐水对水泥环柱的腐蚀问题，提出以保持低密度水泥浆密度的稳定性为基础，突出水泥浆的触变性和使水泥石体积有一定微膨胀性能为依据的观点。通过改善水泥石的自身防腐蚀性能，研究出一种独特的密度为1.30~1.45 g/cm³的粉煤灰复合低密度水泥浆体系，以此来满足复杂井低密度固井的需要。室内评价了该粉煤灰复合低密度水泥浆体系的密度稳定性、触变性、界面胶结强度、防腐蚀性能。结果表明，该水泥浆体系不仅具有非常好的密度稳定性和良好的触变性，而且水泥石的体积有一定量的膨胀能提高界面胶结强度和水泥石较强的耐一定浓度盐水的腐蚀的性能，从而可将腐蚀介质对套管的腐蚀转化为对水泥石的腐蚀，延长套管和油气井的使用寿命。     

顺南井区高温高压防气窜尾管固井技术

顺南井区井温超高,地层压力系统复杂,气层异常活跃,防气窜固井难度大,导致固井质量不合格。为解决气体窜通和水泥石高温强度衰退的难题,开展高温高压防气窜固井优化研究。通过优化外加剂,得到了新型胶乳液硅防气窜水泥浆体系。研究结果表明,用粒径为0.18、0.125或0.09 mm的硅砂复配,能够克服178℃下水泥石高温强度衰退的难题;胶乳水泥浆体系加入液硅后,防气窜能力增大;加入纤维可以使水泥石弹性模量降低48%,抗冲击性好;水泥浆呈直角稠化,具有较好的防气窜能力。优化前置液结构,使用加重隔离液技术实现低速紊流顶替。为防止水泥浆失重导致气层不稳,替浆后反循环洗井并尽快进行环空憋压,实现以快治窜。同时,配套抗高温气密封固井工具与附件,以保证防气窜固井质量。顺南井区φ177.8 mm尾管防气窜固井质量得到良好改善,为该工区高温高压防气窜固井提供重要的技术支撑。      

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针对浅井低温防气窜特点与难点,在防气窜基本条件指导下,改进水泥浆体系,提高水泥浆在浅井条件下防气窜性能（低失水,低温早强、提高沉降稳定性,增大水泥浆对气体阻力,加强水泥环界面粘接）,能有效地达到防气窜目的。文章选用四川石油管理局川西北矿区常用外加剂与防气窜剂配方,并考虑经济合理性,研制出浅井防气窜水泥浆体系,现场应用取得了明显的效果。     

庆深气田深层气井防气窜固井配套技术

针对庆深气田深层天然气井固井后,出现井口环空压力高、气窜气量小等微间隙气窜难点,提出了以消除微间隙为核心的防气窜固井配套技术思路。研制的环空气窜阻断器循环阻力小、强度高、抗温能力达到200 ℃;微间隙封堵液与水泥浆相容性好,凝结时间可根据要求在7～29 d之间调整,具有良好的微间隙封堵效果;抗温180 ℃的微膨胀防气窜水泥浆体系具有抑制水泥石收缩、抗压强度高、滤失量和渗透率低等特点;同时还在井眼准备、提高虚滤饼冲洗效果、压力补偿、优化固井施工设计和钻分级箍等方面进行了配套技术研究。由此形成了庆深气田深层气井防气窜固井配套技术。