无稠化反转聚合物水泥浆的室内研究

AMPS类聚合物降失水剂是目前现场固井作业应用较多的一类水泥浆降失水剂,它具有加量少,降滤失性能好,水泥浆配方简单易调节的优点。然而目前市场上的AMPS类聚合物降失水剂普遍存在稠化反转,给现场固井作业带来了一定的安全隐患。介绍了一种AA/AM/AMPS三元共聚而成的CG88L聚合物降失水剂,并在室内对CG88L水泥浆体系的性能进行了试验研究。经研究发现：CG88L聚合物水泥浆随试验温度升高稠化时间呈逐渐缩短的趋势不存在稠化反转现象,该水泥浆体系具有低失水、高养护强度以及良好的抗高温、抗污染性能。     

不同类型固井水泥缓凝剂的作用特点对比

针对高温固井和水平井固井中易发生"气窜"的现象,选出AMPS/SSS/IA、SN-3和BH三种缓凝剂,采用正交实验法对比三种缓凝剂对水泥石性能的影响。实验结果表明:三种缓凝剂中,AMPS/SSS/IA具有耐高温的特性,易于控制稠化时间,抗压强度影响较小;SN-3在低于100℃的条件下具有良好的稠化性能,加量对水泥石抗压强度影响最小。但在超过100℃后缓凝性能受到一定的波动,稠化时间变得不稳定;缓凝剂BH在80℃~160℃范围内具有良好的缓凝性能,易于控制稠化时间。但是缓凝剂BH对水泥石早期强度影响较大,施工过程中水泥浆强度的稳定性较差。     

新型缓凝剂BCR260L性能评价及现场试验

针对深井长封固段固井时顶部水泥浆超缓凝的问题,研制了一种新型缓凝剂BCR-260L。通过室内试验评价了缓凝剂BCR-260L的缓凝性能、大温差条件下水泥石强度发展、抗盐性能,结果表明:该缓凝剂具有很好的耐高温性能,适用温度范围广,可满足循环温度70~180 ℃固井需求;根据现场对水泥浆稠化时间的要求,可通过调整缓凝剂BCR-260L的加量,调节水泥浆的稠化时间;缓凝剂BCR-260L对水泥石后期强度发展基本无影响,在大温差条件下强度发展快,能保证固井施工时顶部水泥浆强度发展;缓凝剂BCR-260L抗盐能力可达15%。现场应用表明,缓凝剂BCR-260L可以有效解决高温大温差条件下顶部水泥浆超缓凝的问题,具有广泛应用前景。      

超高温缓凝剂DZH-3的性能研究

针对目前国内超深井对固井缓凝剂的需求,研制了高温缓凝剂A、B,然后将A、B以一定比例复配得到抗200 ℃的超高温缓凝剂DZH-3.评价了超高温缓凝剂DZH-3在150～220 ℃不同温度下及不同加量下的抗高温性能、高温稳定性能、高温抗压性能和综合性能等.结果表明:超高温缓凝剂DZH-3在不同加量下,水泥浆体系的稠化时间具有线性可调性且无超缓凝现象;加有DZH-3的配浆水在陈化14 d后,浆体的稠化时间及稠化曲线仍具有重现性;浆体在高温下24 h强度发展迅速,具有较高强度,无高温高压强度衰退现象;综合性能能满足固井现场的施工需求.     

盐膏层固井用抗温抗盐低滤失聚合物盐水水泥浆体系研究

通过对水泥浆降失水剂、分散剂、促凝剂以及缓凝剂等优选评价,建立了盐膏层固井用抗温抗盐低滤失聚合物盐水水泥浆体系.室内评价表明,该水泥浆体系具有优良的抗温抗盐性能,采用海水配浆,在130℃条件下能直角稠化,且24h后水泥石强度为17.3MPa,强度较为理想,能有效封固油气水窜,保证固井质量.     

高温深井水泥浆体系在徐闻X1井的应用

针对徐闻X1井井底静止温度高达160℃给油层套管固井带来的技术难题,首次选用了适于井温范围在90~150℃的高温深井固井水泥浆体系应用于该井。对高温新型降失水剂TW 110L和缓凝剂TW 302L等外加剂进行了室内试验,在施工现场与固井所用的水样、水泥和硅粉进行了配伍性试验。现场试验表明:该水泥浆体系在高温下性能稳定,稠化时间易于调节,过渡时间短,稠化曲线基本呈直角,且水泥石抗压强度符合质量要求,能满足徐闻X1井油层套管的固井需要。高温深井水泥浆体系在徐闻X1井油层套管固井的成功应用表明,该体系能解决由于井下高温而引起的固井技术难题。     

一种抗240℃超高温固井缓凝剂的研发与评价

随着我国油气资源勘探开发不断向深层挺进，深井、超深井面临着越来越高的温度、压力挑战。为了满足深层、超深层油气开发的需要，针对现有固井缓凝剂抗高温能力差（低于220℃）无法满足大于240℃超高温固井需求的技术难题，根据油井水泥水化产物吸附特点，通过优化分子结构设计，引入强吸附阳离子单体（CP-22）、不饱和羧酸等耐高温单体，制备出了一种新型四元超高温两性离子缓凝剂（HTRP），并通过红外光谱、高温高压稠化等方法对缓凝剂HTRP的分子结构和耐超高温性能进行了研究。研究结果表明：(1) HTRP耐超高温性能优异，在240℃超高温循环温度下水泥浆稠化时间达401 min，可有效延长油井水泥在超高温下的稠化时间；(2)在150～240℃对油井水泥浆调凝性能优异，对温度、加量不敏感，稠化时间线性可调，有利于深井、超深井水泥浆的安全泵送；(3)与其他固井水泥外加剂、不同地区产油井G级水泥配伍性好，对水泥石力学性能影响小，顶部强度发展迅速，可满足超高温井固井施工需求。结论认为，该缓凝剂有效地解决了超深井超高温缓凝剂的高温失效难题，为超高温聚合物类缓凝剂的分子结构设计及耐超高温性能提升提供了新思路，可为...     

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。     

耐高温油井水泥缓凝剂SCR180L 的合成及评价

针对深井、超深井、长封固段固井中大温差下水泥浆顶部强度发展缓慢或超缓凝的难题,以2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸（AMPS）、N- 乙烯基吡咯烷酮（NVP）和衣康酸（IA）为原料开发了新型高温缓凝剂SCR180L,并用红外光谱对共聚物的结构进行了表征。室内研究表明,SCR180L 可满足循环温度范围为70~180 ℃的固井需求;100 ℃、50 MPa 下,加入0.9%~1.8%SCR180L 的水泥浆稠化时间延长到127~331 min;150 ℃、70 MPa 下,加入2.7%~3.6%SCR180L 的水泥浆稠化时间延长到214~409 min,且随缓凝剂的加量增加而有规律的延长;温差70 ℃条件下水泥浆强度发展良好,24 h 水泥石强度大于14 MPa;缓凝剂抗盐能力可达到18%。现场应用结果表明,缓凝剂SCR180L 耐温性能好,温度适应范围广,对水泥石抗压强度的影响不明显,可以满足深井、超深井及长封固段、大温差固井的应用需求。     

固井用高温缓凝剂的研究与应用

针对油井水泥常用的AMPS/IA共聚物类缓凝剂在130～150℃区间易出现稠化时间“倒挂”现象，影响固井施工安全和固井质量的问题。通过AMPS和IA单体进行自由基溶液共聚，在共聚过程中与乙二胺四乙酸二钠EDTA-2Na、十六烷基三甲基氯化铵CTAC复配，研制了一种可防止高温稠化时间倒挂的缓凝剂BH-R103L，并对其综合性能进行了评价。评价结果表明：BH-R103L具有可靠的抗温及调凝效果，加有BH-R103L的水泥浆体系在120～150℃范围内稠化时间可调，150℃下加量为2%(BWOC)时，水泥浆的稠化时间大于300 min，稠化时间与加量呈线性关系，稠化时间倒挂现象消除、初始稠度低、温度和加量敏感性小、稠化线形正常、与AMPS类高温降失水剂配伍性良好，能抑制高温浆体“包心”现象，在60℃下养护的水泥石抗压强度发展快，其他综合性能均满足固井施工要求。BH-R103L在四川泸州区块泸203H153平台深井页岩层进行了现场应用，声幅测井检测封固段固井质量合格。     

一种中高温四元共聚物缓凝剂的合成及性能

针对缓凝剂在中高温过渡范围内水泥浆中性能不佳的问题,以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）和N,N-二甲基丙烯酰胺（NNDAM）为原料,过硫酸铵为引发剂,采用水溶液聚合法合成了一种四元共聚物缓凝剂。利用红外光谱分析表征了聚合物结构,证明样品中无单体存在,单体充分进行了共聚反应。性能研究结果表明,在80～120℃范围内,合成缓凝剂对油井水泥具有很好的缓凝性能,且对温度不敏感,在同一温度下,随着缓凝剂用量的增加,稠化时间也随之增加,缓凝剂的加量与稠化时间具有很好的线性关系,在100℃下,加量为0.8%、1.0%和1.5%时的稠化时间分别为161、197和227 min;加量相同时,随着温度的升高,缓凝时间有所变短,未出现“倒挂”现象,加量为1.5%时,在80、100和120℃的稠化时间分别为248、227和208 min;该缓凝剂在80～120℃范围内对水泥石抗压强度影响小,抗盐达到18%,与其他水泥浆外加剂配伍性好。对缓凝剂机理也进行了分析。      

北极永久冻土层固井水泥浆

近年来,北极地区石油勘探开发进度明显加快,市场前景良好。针对北极永久冻土层最低温度达-9℃的超低温以及该地区作业时间宝贵的问题,要求水泥浆体系在负温环境下候凝时间短且24 h有强度发展。通过研发低温胶凝材料C-SE8和缓凝剂H10S,并复配G级油井水泥和其他添加剂,分别用淡水、海水和14% NaCl溶液配制超低温水泥浆体系。评价结果表明,密度为1.50 g/cm3的水泥浆在-10℃下的24 h抗压强度可达3.6 MPa以上,密度为1.90 g/cm3的水泥浆在-10℃下的24 h抗压强度可达6.8 MPa以上;该体系适用温度为-10℃～30℃,浆体具有良好的流变性能,且稠化时间易调整,满足北极永久冻土层固井施工要求。      

一种抗盐抗高温非离子型防窜丁苯胶乳的室内研究

非离子丁苯胶乳原浆直接应用于油井水泥浆体系中时,水泥浆体系的稳定性差,适用温度低,不具有抗盐的性能,难以满足高温深井、复杂结构井固井的需求。通过在非离子丁苯胶乳原浆中加入3%非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚(10) FB-1、1%烷基酚聚氧乙烯醚(40) FB-2,制备出一种油井水泥防窜胶乳BZT-L2。对BZT-L2胶乳的抗温、抗盐以及防窜性能评价。结果表明,在30~170℃下,加入8% BZT-L2胶乳的水泥浆的API失水量控制在50 mL以内;稠化曲线呈直角,SPN值小于3,静胶凝强度过渡时间仅为11 min,抗盐达半饱和,胶乳的加入不但可以减少水泥浆失水量,而且可以增强水泥浆的防窜性能。此外,BZT-L2胶乳与其它水泥浆外加剂的相容性好,由其配制的水泥浆体稳定,综合性能好,自由水和密度差均接近零,流变性和流动度良好,抗压强度较高。BZT-L2胶乳水泥浆可以应用于复杂结构井、小井眼井以及水平井固井。      

一种油井水泥用抗分散絮凝剂

国内油田注水区块频发的水侵,严重地破坏了水泥石强度和胶结质量。针对该问题,采用自由基聚合的方式合成出一种适用于油井水泥的抗分散絮凝剂BCY-100S。通过Zeta电位分析和热重分析测定了BCY-100S的絮凝性和耐热性,并评价了其对水泥浆抗水侵性能的作用和稠化性能。结果表明,BCY-100S耐温可达324℃,加入BCY-100S的水泥浆具备一定絮凝性,能够在80℃下,受到水的冲刷作用而不离析、不分散,与未加入BCY-100S的普通水泥浆相比,具有显著的抗水冲刷性能。除此之外,抗分散絮凝剂BCY-100S对稠化时间无影响,符合油井水泥性能要求。为各油田解决地层流体对水泥浆“溶解迁移”和“质量互换”的问题提供了一种新的方法。      

超高温固井水泥浆降失水剂的合成与性能

为实现超深井与复杂井超高温固井水泥浆体系的构建目标,突破常规固井水泥浆降失水剂的超高温控失水瓶颈,研制开发了超高温水泥浆降失水剂F-SHT,并对其进行了结构表征与性能评价。结果表明,F-SHT的数均分子量为21 475 Da,表观黏度低,不影响水泥浆的配制;在温度达到294 ℃时开始发生明显热失重,表明其分子链热稳定性良好;有效控失水温度可达240 ℃且可抗饱和盐水,采用水泥浆静态失水量评价方法,测得240 ℃/6.9 MPa下饱和盐水水泥浆API失水量为38 mL。测试了F-SHT在水泥浆体系中的综合性能,停开机、稳定性与API失水评价结果均合格。F-SHT在河探1井Φ177.8 mm尾管固井中成功应用,结果表明F-SHT现场适应性良好,固井质量良好,同时为超深层油气资源的勘探开发提供了有力支撑。      

新型抗高温粉煤灰低密度水泥浆

针对目前粉煤灰低密度水泥浆体系高温下沉降稳定性差及顶部水泥石抗压强度发展缓慢等问题,测试了在中高温条件下粉煤灰、微硅类稳定剂加量对水泥石强度的影响,实验发现微硅类稳定剂在高温条件下(≥125℃)会阻止粉煤灰水泥浆抗压强度正常发展。通过研究出一种新型高温增强剂,保证了粉煤灰低密度水泥浆体系的高温稳定性,并解决了目前粉煤灰低密度水泥浆体系存在的高温强度发展异常、强度很低等问题,最后开发出一套密度为1.50~1.60 g/cm3的粉煤灰低密度水泥浆体系。该体系具有沉降稳定性好、API失水量小、稠化时间可调等性能,水泥石抗压强度较高且顶部抗压强度发展良好,130℃下静胶凝强度的过渡时间为18 min,能够满足85~130℃的大温差高温固井。     

抗循环温度210℃超高温固井水泥浆

随着勘探开发不断向深层迈进,超深井、超高温井逐渐增多,超高温对水泥浆抗温能力提出了更高挑战。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-1S、抗高温缓凝剂DRH-2L及其他配套抗高温水泥外加剂,并形成了超高温常规密度固井水泥浆,在室内对该水泥浆的性能进行了评价结果表明,该水泥浆能够满足井底循环温度210℃、井底静止温度230℃的固井要求,水泥浆API失水量可以控制在100 mL以内,稠化时间可调,高温沉降稳定性不大于0.04 g/cm3,230～250℃超高温下水泥石强度高且不衰退。该水泥浆在华北油田杨税务地区高温深井安探4X井φ127 mm尾管固井进行应用,固井质量优质,为该地区勘探开发提供了固井技术支撑。      

松科2井超高温水泥浆固井技术

针对中国大陆科学钻探松科2井超高温固井难点,采用四元共聚型抗高温降失水剂和三元共聚复合膦酸盐类缓凝剂,提高了水泥浆的耐温稳定性,避免了"热稀释"现象带来的风险,通过调整这2种耐高温外加剂的加量,满足了超高温下控制水泥浆失水量和调整稠化时间的要求。同时,根据颗粒级配及紧密堆积原理,对硅砂的粒径和加量进行优化,使硅钙比接近于1,防止超高温下水泥石后期强度的衰退,另外,优选了由颗粒和纤维共同组成的弹韧性材料,提高水泥石的弹韧性。通过合理配比设计出了抗260℃超高温的水泥浆体系,浆体稳定性好,水泥浆上、下密度差不大于0.03g/cm3,稠化时间为200~420 min,失水量小于100 mL,48 h抗压强度大于20 MPa,后期强度不衰退,7 d抗压强度大于38 MPa。优化尾管悬挂固井工艺,严格控制水泥浆密度,确保不压漏地层,采用耐高温高效冲洗隔离液,提高顶替效率,保证施工安全和固井质量。该体系在井底静止温度为260℃,循环温度为210℃的松科2井四开尾管固井中应用,现场施工顺利,保证了固井质量。      

新型聚羧酸减阻剂的研究与应用

针对伊拉克地区夏季环境温度高导致现场配制的水泥浆触变性强,可泵性差,现有减阻剂难以使水泥浆保持良好分散能力,严重影响固井施工安全的问题。以聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和芳香磺酸类单体等为原料,合成了一种新型聚羧酸油井水泥减阻剂BH-D301L。采用正交实验得到了最佳合成原料物质的量比为1∶4∶1∶1,反应温度为80℃,反应时间为2 h,引发剂加量为0.4%。通过红外光谱分析和渗透凝胶色谱表征证明了合成产物为共聚物,参考API RP 10B标准评价了加入减阻剂的不同水泥浆体系的综合性能。实验结果表明,加量分别为0.5%和1.0%的减阻剂对常规密度的自来水和饱和盐水配浆水泥浆体系的流变性能有明显改善,体系抗压强度和稠化时间符合行业标准要求。在模拟环境温度45～65℃下,加有1.0%减阻剂的高密度含盐水泥浆的流性指数大于0.7,稠度系数小于0.58Pa · sn,体系触变性增强现象减弱,静切力差小于3 Pa,24 h抗压强度超过14 MPa,水泥浆体系稠化、沉降稳定性均能满足固井施工要求,并在现场得到了很好的应用。      

新型聚羧酸减阻剂的研究与应用

针对伊拉克地区夏季环境温度高导致现场配制的水泥浆触变性强,可泵性差,现有减阻剂难以使水泥浆保持良好分散能力,严重影响固井施工安全的问题。以聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和芳香磺酸类单体等为原料,合成了一种新型聚羧酸油井水泥减阻剂BH-D301L。采用正交实验得到了最佳合成原料物质的量比为1∶4∶1∶1,反应温度为80℃,反应时间为2 h,引发剂加量为0.4%。通过红外光谱分析和渗透凝胶色谱表征证明了合成产物为共聚物,参考API RP 10B标准评价了加入减阻剂的不同水泥浆体系的综合性能。实验结果表明,加量分别为0.5%和1.0%的减阻剂对常规密度的自来水和饱和盐水配浆水泥浆体系的流变性能有明显改善,体系抗压强度和稠化时间符合行业标准要求。在模拟环境温度45～65℃下,加有1.0%减阻剂的高密度含盐水泥浆的流性指数大于0.7,稠度系数小于0.58Pa · sn,体系触变性增强现象减弱,静切力差小于3 Pa,24 h抗压强度超过14 MPa,水泥浆体系稠化、沉降稳定性均能满足固井施工要求,并在现场得到了很好的应用。