微膨胀纤维增强水泥浆的性能试验研究

在固井施工中，为了提高水泥环与地层、套管间的胶结性，实现有效层间的良好封隔，保证油井的正常生产和后续增产措施的顺利实施，延长油井寿命，需要提高注入水泥浆的各项性能。为此，在微膨胀水泥浆体系中加入JFR活化纤维，研制成微膨胀纤维水泥浆。通过对微膨胀纤维水泥浆的稠化时间、流变性、API失水、水泥石抗折与抗压强度、水泥石抗衰减性能进行试验，发现微膨胀纤维水泥浆的稠化时间任意可调，流变性能良好，API失水量小，水泥石的抗折、抗压强度及抗衰减、抗收缩性能高。     

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。     

接枝改性聚乙烯醇的合成及性能评价

聚乙烯醇(PVA)作为油井水泥降失水剂,适用温度较低(120℃),难以满足高温固井的需求。以PVA1788、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和交联剂乙二醛等为原料,合成了一种油井水泥降失水剂接枝改性聚乙烯醇(PVA-1)。室内试验评价了添加降失水剂PVA-1的水泥浆的耐温性能、流变性能、稠化性能、抗压强度和防气窜性能等。试验结果表明,加有降失水剂PVA-1的水泥浆API失水量可以控制在50 mL以下,抗温能力接近150℃;加有PVA-1的水泥浆稠化时间稍有延长,抗压强度不降低,抗析水能力增强;其与分散剂DZS和缓凝剂DZH的配伍性良好,还能提高水泥浆的防气窜能力。综合分析认为,合成的PVA-1能够满足150℃以下高温固井的需求。      

深水表层固井硅酸盐水泥浆体系研究

针对海洋深水表层套管固井作业,介绍了一种密度可调（1.20～1.80 kg/L）的低温低密度G级硅酸盐水泥浆体系。对低温低密度G级硅酸盐水泥浆体系的设计原理与水泥浆组分以及不同密度水泥浆配方进行了详细的论述,并对该水泥浆体系在深水环境下的性能进行了评价。结果表明,低温低密度G级硅酸盐水泥浆体系在低温环境下具有较高早期强度、低失水量以及良好的流变性和稠化性能,其中密度为1.20 kg/L的水泥浆在3 ℃温度下的稠化时间≤560 min,稠化过渡时间≤60 min,API失水≤70 mL,水泥石在5 ℃温度下养护24 h后的抗压强度≥3.5MPa。这表明低密度G级硅酸盐水泥浆体系具有良好的低温性能,能够满足海洋深水表层套管固井作业要求。      

一种新型胶乳水泥浆性能研究

通过对胶乳水泥浆体系的降失水、稠化时间、胶结强度、稳定性、流变性、防气窜能力、强度等方面的性能进行评价和配方调试实验,结果表明:与普通的油井水泥相比,胶乳水泥弹性好,具有良好的抗拉、抗折和抗冲击性能,耐腐蚀性好,水泥环界面胶结良好;胶乳的加入增强了水泥石的抗冲击性和弹性,复配后水泥浆的降失水性能良好.胶乳水泥浆体系具有...     

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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。     

油气固井纤维水泥浆性能研究

为了提高水泥石的抗冲击能力,延长油井生产寿命,在油井水泥浆中加入了纤维。研究了纤维对水泥浆流变性、稠化时间、失水的影响,实验结果表明,纤维的加入对水泥浆的流变模式无影响,但对流变参数有一定影响,当纤维掺量为0.12%~0.19%、长度为400~1400 μm时,有利于改善水泥浆的流变性能;与不掺纤维的水泥浆相比,纤维水泥浆的稠化时间稍有减小,但不影响施工;对于水泥浆的失水性能来说,纤维长度和掺量均存在最优值,该实验条件下纤维最佳掺量为0.12%~0.37%,最佳长度为700~1400 μm。该研究证明了在水泥浆中加入适当长度及掺量的纤维可有效提高水泥石的界面胶结强度及韧性,从而为纤维水泥应用于现场提供可靠保证。     

水镁石纤维增强油井水泥石性能研究

分别对不同长度水镁石纤维油井水泥浆的流动性、API失水量、沉降稳定性进行了测试和分析;并讨论了纤维分散方式、加量范围、水泥石抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度以及微观结构。结果表明,水镁石纤维能显著降低水泥浆体系流动性、使API失水量下降45%数50%,对水泥浆沉降稳定性的影响很小。水镁石纤维能显著提高水泥石的力学性能,水浴养护14 d后,3%纤维加量下的水泥石抗压强度提高16.2%,5%纤维加量下的水泥石抗折强度提高48.8%,8%纤维加量下的水泥石劈裂抗拉强度提高41.4%。通过机械剪切力和超声作用预分散处理后,水镁石纤维成细丝状均匀分布在水泥石中,能有效提高水泥石密实度和限制微裂纹发生与扩展。纤维的加入使得水泥石力学性能增益比显著增大,5%纤维加量水泥石的拉压比与空白试样相比提高27.5%,使得水泥石脆性得到较大改善。但高加量下水镁石纤维难分散、易团结,水镁石主要起填充作用,水泥石强度仍能得到一定的增加。     

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。     

塑性低密度水泥浆体系的室内研究

利用颗粒级配技术、紧密堆积原理和纤维增韧技术原理,通过对减轻剂的粒度分析,优选漂珠、G级水泥、玻璃微珠、微细水泥以及微硅构成5级颗粒填充体系.设计出了一种密度为1.15～1.20 g/cm3的塑性低密度水泥浆.该水泥浆流动性能良好、稠度值适中、失水量小于50 mL、不沉降、无游离液、水泥石上下密度差小于0.05 g/cm3、24 h抗压强度大干9.5 MPa、48 h抗压强度大于12.5 MPa、稠化时间在240～360 min内可调、基本成直角稠化、抗冲击韧性较常规低密度水泥石提高15%左右,抗折强度提高了10%左右,弹性模量则下降了约20%.解决了长期困扰低密度水泥浆存在的浆体稳定性差、候凝时间长、早期强度低、水泥石易破碎等问题,对低压易漏地层长段封固具有重要意义.     

胜坨地区高密度水泥浆体系的设计与应用

针对胜坨地区油气井原始地层压力高,固井作业时易发生气窜等问题,进行了高密度抗盐水泥浆体系研究。应用紧密堆积和颗粒级配原理,使用微硅与铁矿粉进行颗粒级配,并优选了铁矿粉和沃尔德的外加剂,配制出高性能的高密度水泥浆体系。对该水泥浆的稳定性、稠化时间、防气窜性能、流变性能进行了室内评价,试验表明,该体系在较大温度范围内具有浆体沉降稳定性好、密度在1.90~2.60 g/cm3范围内可调、游离液为零、流变性好、失水量小、强度高、稠化时间可调等特点,而且具有良好的防气窜性能。该高密度水泥浆体系已成功应用于胜坨地区坨720等井以及胜利油田、新疆等高压油气层地区固井作业中,现场应用表明,该体系的流变性能、初始稠度、失水量、稠化时间、抗压强度等指标均能满足施工要求,固井质量优良,可进一步推广应用。     

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。      

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。     

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.     

大庆油田抗高温水泥浆体系室内研究

为满足大庆油田勘探开发的要求,研制出了抗高温水泥浆体系(DGT),该水泥浆API失水量可控制在100 mL以内,稠化时间可调,且流动性较好;通过引进抗高温稳定剂,解决了水泥浆高温分层问题,并且提高了水泥石的抗压强度;该水泥浆还具有抗窜能力,能防止气窜的发生;其水泥石的渗透率比普通加砂水泥石降低了近73%,从而提高了水泥石的耐腐蚀性.该水泥浆的研制成功不但保证了超深井固井施工的安全,还能够提高固井质量,并对油气层保护起到很好的作用.     

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。