韧性胶乳水泥浆在试验评价及其水平井固井作业中的应用

长水平段大位移水平井钻井是页岩气开采和提高开采效益的关键,钻进中,因为井浅、水平段长,固井质量往往难以保证。为提高页岩气水平井固井质量,研究开发了一套韧性胶乳水泥浆体系,室内对该水泥浆体系的性能进行了评价研究。结果表明,该水泥浆不仅具有良好的稳定性和自由水控制能力,同时具有快速的静胶凝强度发展速度和较强的流体阻隔能力,表现出较强的防窜效果;另外,通过模拟射孔试验发现,该水泥浆具有较高的抗冲击韧性,这对于保证射孔压裂完井下水泥环的完整性具有重要的意义。该水泥浆体系在建页2井生产套管长水平井固井中进行了应用,封固水平段长达1050m,48h变密度测井检测结果显示,建页2井页岩气长水平段的固井质量为全优质。     

延长油田中西部水平井固井水泥浆配方优化研究

延长油田中西部区块水平井需要压裂完井后投产,对固井水泥浆性能提出了更高的要求。结合水平井固井技术需求,通过室内试验优选水泥石脆性材料,对水泥浆体系外掺料及外加剂优选,确定了该区块水平井固井弹塑性水泥浆体系。室内评价结果表明,该体系具有API失水小于50 m L,自由液0 m L,流性指数n值大于0.7等性能。吴平1井等多口水平井油层固井中的成功应用表明,该体系可以满足后期压裂投产施工要求。     

页岩气井固井水泥浆体系研究

页岩气井固井对目前固井技术提出了新的要求,通过分析页岩气开采过程中对水泥浆体系的特殊要求,研究了弹性水泥浆体系(SFP)配方的基本性能,并对弹性材料和增韧材料进行了研究和优选,分析了水泥浆外加剂和外掺料的加量对水泥浆各项性能的影响,阐明了其机理,并对弹性水泥石的弹性模量及抗折性能进行了评价和分析。研究的水泥浆体系成功应用于黄页1井页岩气储层段,固井质量优秀,满足了该井的压裂要求。     

鄂南致密砂岩储层弹塑性水泥浆体系研究与应用

鄂南油田生产层属于低孔隙度、低渗透率致密砂岩储层,普遍采用水平井套管固井完井加大型压裂进行有效开发。为提高水泥环承受大型压裂对其的冲击力和水泥环的完整性,水泥石不仅要有很好的强度,还要有较好的弹塑性。为此,研制开发了弹塑性材料MFR并对其性能进行了室内测试,在室内实验的基础上,优选出MFR合理加量为1%~3%,优化了弹塑性水泥浆体系配方,形成的水泥石弹性模量适当,抗折强度高(断裂韧性可增加44.8%),综合性能满足水平井固井要求。该水泥浆体系在鄂南HH73P92井φ139.7 mm生产套管固井中进行了应用,通过变密度测井检测结果显示,固井质量良好。     

适合小井眼固井的韧性水泥浆体系室内研究

小井眼固井,由于环空间隙小,环空循环压耗较大,顶替效率低,封固质量往往难以保障。为克服小井眼固井诸多难点,室内研究构建了一套由G级水泥与聚合物、弹性乳液GR1、纤维以及空隙支撑材料MX共同构成的韧性水泥浆体系。室内对该水泥浆体系的性能进行了系统的试验研究,水泥石抗冲击强度较高,具有良好的稳定性和抗温性,80~150℃范围内水泥浆稠化时间可任意调节;经综合性能评价发现,该水泥浆能够很好地满足小井眼固井作业需要,具有良好的应用前景。     

抗高交变载荷水泥浆的研制及其在涪陵页岩气井的应用

针对页岩气井普遍存在的套管环空带压问题,从提高固井水泥环长久密封完整性角度出发,研制了具有钢筋混凝土力学性能的絮状弹韧性材料DeForm,并以其为基础配制了一种适应页岩气井大型分段压裂的抗高交变载荷水泥浆。室内性能评价试验结果表明,该水泥浆具有优良的弹韧性和耐久性,可有效提高水泥环的抗交变载荷能力,实现水泥环与套管的同步形变,保证井筒的长久密封完整性。该水泥浆在涪陵页岩气田9口井进行了现场应用,固井优质率达到88.9%,套管环空带压率为0,效果非常显著,为预防页岩气井套管环空带压提供了新的技术途径。      

四川盆地页岩气井水平井段的固井实践

页岩气藏水平井固井要求水泥环不仅要有很高的强度,还要有较好的韧性,使之能满足大型分段加砂压裂增产作业对水泥环层间密封的要求。为此,针对性地开展了增韧材料的优选和高效冲洗剂的研制,先导性试验的3口井均采用了以下主要措施：①应用自主开发的增韧材料,配制出密度达1.95 g/cm³的增韧水泥浆,实验结果表明,该水泥石抗冲击韧性超过常规水泥石20%、抗折强度提高了10%～15%、弹性模量则下降了约20%,显示出良好的增韧性能;②自主开发的油基介质下高效冲洗液,能在短时间内改变套管及井壁的润湿性,室内试验结果表明,该冲洗液对界面冲洗效果超过90%,达到了有效清除套管及井壁残留油泥、隔离油基钻井液与水泥浆的效果;③集成应用川渝地区旋流刚性扶正器、漂浮顶替等成熟固井技术实现水平井段有效顶替。纳入试验的3口井固井质量均满足了后期增产作业的技术要求,为页岩气藏水平井固井提供了技术支撑。     

大港油田研究成功振动波固井技术

为解决评价井固井质量问题，大港油田研究成功了振动波固井技术。大量室内试验、钻机模拟试验和5口井的现场试验证明，振动波对水泥浆胶结质量、抗压强度、改善水泥浆流变性能和封固质量都有较好的影响，有效提高了固井质量。该技术已获国家专利。     

胜科1井超高温水泥浆体系的设计与应用

针对胜科1井井深、井底温度高,而且底部有盐水层的实际情况,合成了新型超高温缓凝剂、抗盐降失水剂,室内试验表明两者具有较好的抗高温耐盐性能及良好的配伍性能。针对水泥石出现的分层现象,通过添加热稳定剂提高了其热稳定性和抗压强度;通过超高温水泥浆体系试验,设计出了胜科1井尾管固井水泥浆,试验表明该水泥浆性能稳定,稠化时间可调,失水量、游离液、抗压强度等指标完全达到设计要求,并成功进行了胜科1井尾管固井作业。胜科1井的现场应用证明,该超高温水泥浆体系能满足超深井固井需要,可在胜利油田及其他地区的深井、超深井固井作业中推广应用。     

川西首口页岩气水平井固井技术

目前页岩气水平井的固井面临着套管难以下入、居中度低、顶替效率低、水泥环弹韧性差等技术难题.基于川西地区地质条件和钻井状况的认知,分析了川西首口页岩气水平井XYHF-1井的固井难点,总结了有效通井、优化扶正器安装、滑套固井技术、优选水泥浆体系等提高该并固井质量的技术措施,对固井质量进行了分析总结并认为SCW冲洗液、三级冲洗工艺、弹韧性水泥浆体系的应用是提高页岩气水平并固井质量的有效措施.图1表2参5     

大庆油田低压高渗调整井韧性防漏水泥浆体系研究与应用

针对大庆油田调整井高渗低压地层固井过程中易漏、水泥浆失水较大导致固井质量较差的问题，研究开发了增韧防漏水泥浆体系。室内试验和地面模拟试验结果表明，增韧水泥浆的性能参数满足固井施工要求，其水泥石的抗压、抗折强度等力学性能指标优于净浆水泥石。杏南和萨北地区15口调整井固井试验应用了增韧水泥浆体系，15d延时声变检测固井质量优质率为86．67％；射孔前后抗破坏性对比试验也证实增韧水泥石具有良好的抗冲击性能。     

低温短候凝水泥浆体系室内研究

在导管、表层套管固井中,由于地层温度较低,油井水泥强度发展缓慢,候凝时间长,增加了钻井成本,并易造成环空窜流,影响固井质量和作业安全。针对目前国内油井水泥早强剂种类少、某些油井水泥早强剂存在早强效果不佳以及对水泥浆流变性影响较大等问题,通过室内试验筛选出一种新型的无氯、含晶种复合型早强剂SW-Z1,从而形成了一套密度1.30~1.90 kg/L的低温短候凝水泥浆体系。低温短候凝水泥浆体系的室内性能评价试验结果表明,该水泥浆体系具有直角稠化、低温候凝时间短、早期强度高、流变性能好,防气窜能力强等优点,可满足不同地层压力条件下的低温浅井固井需求。      

纤维韧性水泥浆技术在中原油田的应用

针对中原油田易漏地层调整井水泥浆低返问题和薄油层井、小间隙井和侧钻井的射孔及后续增产措施造成的水泥环脆裂,进行了油井水泥增韧防漏剂研究,对其各种力学性能、水泥浆体系的防漏性能及工程性能进行了系统研究,并进行了聚能射孔模拟试验、地面混灰打浆试验、现场易漏井的固井试验。室内研究和现场试验表明:F27A油井水泥增韧防漏剂具有优异的增韧、抗冲击能力和防漏作用,其综合工程性能也满足易漏地层固井施工的技术要求。纤维韧性水泥浆体系在中原油田钻井三公司卫11-53井等8口井的油层固井中获得了成功应用,并取得了良好的经济效益和社会效益,现已推广应用。     

丘东27井长封固段固井实践

现场固井施工中,一般水泥封固段长800~1200m,而丘东27井由于构造断层多,地下情况复杂,要求一次水泥封固段长达3125m,这在以往的固井施工中极为罕见。由于长封固段固井时,井底流动温度与水泥浆返回处的静止温度差异较大,会造成水泥面处的水泥浆凝固不好,甚至长期不凝固,严重影响固井质量;长封固段固井将会大幅度地增加井底液柱压力,固井时极有可能发生漏失。通过大量室内试验,采用2种水泥浆体系进行固井,上部井段采用适用温度范围宽的低密度矿渣浆体系,下部井段采用常规密度水泥浆体系,并辅以适当的固井施工措施,克服气候极冷等诸多困难,固井一次成功,固井质量优质,为同类油井的固井提供了经验。     

华北油田复杂井固井技术

针对华北油田二连阿南，哈南高压注水采油区块和冀中潜山深井区块固井难度大和固井质量差等问题。华北石油管理局钻井工艺研究院在二连地区采用早强，膨胀和低失水水泥浆，并配合使用套管外封隔器，两凝固井工艺技术。解决了低温高压注水调整井固井作业中存在的问题，提高了固井质量；在冀中地区采用低密度，高强度，零析水，成膜型降失水水泥浆，配合采用双压双凝固井工艺技术，有效防止了井漏，油水互窜等井水复杂事故，提高了固井质量。早强，膨胀和低失水水泥浆低温早强，失水量小于200mL，在凝结过程中能产生有效膨胀，初凝和终凝时间较短，能有效防止气窜及油水互窜，成膜型降失水水泥浆失水量小于100mL，密度和稠化时间易调；有机塑性高分子胶粒在水泥凝结过程中由于被压缩而微膨胀，能有效补偿水泥石孔隙压力，达到防窜，改善水泥石韧性和变形能力的目的。     

抗高温水泥浆体系研究与应用

为了解决现有水泥浆体系抗高温能力差的问题,研制了抗高温降失水剂DRF-120L和与之配伍性好的其他抗高温水泥外加剂,开发了一种以抗高温降失水剂DRF-120L为主剂的抗高温水泥浆体系。在室内对该抗高温水泥浆体系的性能进行了评价,结果表明:该水泥浆体系能抗200℃高温;抗盐性能好,即使采用饱和盐水配浆,性能也能达到高温深井固井要求;失水量可以控制在100 mL以内;稠化时间易调;水泥石抗压强度高。该抗高温水泥浆体系在辽河油田、塔里木油田及华北油田的7口高温深井固井作业中进行了应用,固井质量全部达到合格以上。这表明该抗高温水泥浆体系综合性能能满足高温深井固井要求,解决了水泥浆体系抗高温能力差的问题。      

丁苯聚合物超细水泥的研究与应用

在油气田开发过程中,由于固井水泥石孔隙大,韧性差,在射孔及地层应力的作用下容易破裂,形成窜槽,造成油气上窜,浪费了油气资源,严重影响了油气井的正常生产。减少固井水泥石的孔隙,提高韧性,将极大增强固井水泥石的防气窜能力。室内实验表明超细水泥与丁苯聚合物有较好的配伍性,在超细水泥中加入丁苯聚合物,有效地减少了固井水泥石的孔隙,提高了韧性。在现场成功应用丁苯聚合物超细水泥。     

DSK锁水抗窜剂解决了大庆龙虎泡油田固井质量问题

大庆龙虎泡油田的主力油层,溶解气油比很高(37.5—86.6m~3/t),固井水泥浆胶凝强度不能阻挡这样高的溶解气侵入水泥环,造成封固质量问题。通过分析大庆龙虎泡油田高台子油层的地质特点,采用了DSK锁水抗窜剂。加入DSK锁水抗窜剂的水泥具有速凝、早强特性,能在固井注水泥完成后的10—20 min内,达到阻止气窜的胶凝强度,解决了大庆龙虎泡油田固井质量问题。     

增韧纤维水泥浆在胜利油田小间隙井的应用研究

为解决胜利油田开发中后期小间隙固井中存在的诸多问题,从水泥石的弹性和韧性等方面开发出了增韧纤维水泥浆。优选出了增韧纤维,评价了增韧纤维对水泥浆流变性、稠化性能、降滤失性能以及与其他添加剂配伍性能的影响。同时研究了纤维对水泥石的力学性能、渗透率、泊松比和弹性模量以及胶结强度的影响。结果表明,增韧纤维在适宜的加量和长度范围内对水泥浆流变性、稠化性能、失水性能的影响不大,但对水泥石的力学性能影响显著;在小间隙固井中,使用增韧纤维可以改善水泥环的韧性和弹性,防止窜流发生;增韧纤维水泥石的韧性(抗折强度)较原浆水泥石明显提高。该水泥浆体系在23口小间隙井或漏失井进行了应用,解决了现场固井技术难题。     

超高密度抗盐水泥浆体系的研究

针对西部地区高压油气层或老油区调整井固井作业时发生井喷、气窜的问题,研究出了超高密度抗盐水泥浆体系.该水泥浆体系由铁矿粉、降失水剂GJF-200L、分散剂FDN、缓凝剂GJR-200L、悬浮剂(微硅)配制而成.通过对超高密度抗盐水泥浆体系性能评价得知,该体系在淡水、10%NaCl盐水条件下,具有一定的抗压强度、良好的稳定性、较好的失水控制能力,稠化时间易调整.由现场模拟固井实验表明,该体系的流动度、初始稠度、可泵时间、稠化时间、失水量、析水量和抗压强度均满足了施工要求;密度为2.42 g/cm3的水泥浆,当立罐压力为0.15～0.18 MPa时可保证正常供灰,达到所需的密度;密度为2.60 g/cm3的水泥浆,当立罐压力为0.18～0.20 MPa时可保证正常供灰,达到所需的密度.该超高密度抗盐水泥浆体系可用于现场异常高压油气井固井施工的需要.