新型矿渣MTC增韧剂MZR的开发与性能研究

矿渣MTC固化体韧性差,无法满足油井后期射孔等开发要求,为此,对提高水泥石韧性的途径进行了分析,采用纤维、橡胶粉和活性微粒复配得到了矿渣MTC增韧剂MZR,借鉴油井水泥石性能测定标准,通过抗冲击韧性实验、抗折强度实验、胶结强度实验对MZR的性能进行了测试,考察了MZR对浆体性能的影响。实验结果表明,MZR可以大幅度提高矿渣MTC固化体的韧性,当采用3%加量时,可提高矿渣MTC固化体抗冲击韧性、抗折强度及胶结强度30%以上,MZR对抗压强度无不良影响,不影响浆体施工性能,是一种优异的矿渣MTC技术增韧剂。     

耐碱玻璃纤维对掺矿渣油井水泥石力学性能的影响

为了改善普通油井水泥物理力学性能的均衡性，提高普通油井水泥浆抗拉伸破坏的能力，实验研究了耐碱玻璃纤维对水泥石抗折强度、抗冲击韧性和抗压强度的影响，并通过孔隙结构和扫描电镜分析研究了耐碱玻璃纤维对水泥石微观结构的影响。结果表明，耐碱玻璃纤维在掺矿渣油井水泥浆中粘接性良好，分布均匀，对水泥石抗折强度、抗冲击韧性有显著提高；在矿渣油井水泥浆中加入0．5％的耐碱玻璃纤维，可以使水泥石的抗折强度提高20％左右，使抗冲击功增加10％左右；从孔隙结构得知，在50℃条件下增加耐碱玻璃纤维的加量可以改善水泥石的微观结构，增加凝胶孔和毛细孔比例降低，大孔比例减少，抗压强度相应增加，水泥浆性能良好，能满足现场施工的需要。     

改性乙烯醋酸乙烯酯共聚物对水泥浆性能的影响

针对水泥环脆性较高,在固井后的施工作业中其完整性易遭受破坏的问题,将用太古油改性的EVA(乙烯醋酸乙烯酯共聚物)作为增韧材料加入油井水泥中,研究了其对油井水泥浆体系常规性能和力学性能的影响,分析了其对水泥石力学特性的影响机理。结果表明,改性EVA与水泥浆的相容性较好,其对浆体的流动性、失水量影响较小,水泥浆稠化时间随改性EVA掺量增加而延长;改性EVA对水泥石抗压强度影响较小,但能提高水泥石的抗折强度和韧性,当改性EVA加量为3%时,水泥石75℃养护3 d的抗折强度提高4.4%,压折比减小28.0%,掺量为4%时,水泥石弹性模量降低39.5%。改性EVA水解产物和水泥水化产物相结合,生成的晶体和脱水聚合物使水泥石内部结构更加致密,减小或消除了水泥石内应力集中,阻止了裂缝扩展,改善了水泥石的力学特性。     

基于正交法的抗硫酸盐腐蚀水泥配比设计

以硅粉、粉煤灰和矿渣为矿物掺合料,采用XRD和SEM分析了矿物掺合料对水泥水化产物、水泥石结构和形貌的影响,并用正交法确定了水泥掺入矿物掺合料的最优配比。实验结果表明:掺入矿物掺合料有利于降低水泥中Ca(OH)_2的含量,改善水泥石孔结构,提高水泥的抗硫酸盐腐蚀性能,且当硅粉、粉煤灰和矿渣以占水泥质量10%、15%和0的配比一同掺入时,水泥的抗硫酸盐腐蚀性能最好。     

橡胶粉对油井水泥石力学性能的影响

针对油井水泥环抗冲击能力差、层间封隔易失效等问题,系统研究了橡胶粉对油井水泥石力学性能的影响。采用表面活性剂对橡胶粉粒子表面进行亲水处理,解决了橡胶粉粒子在油井水泥浆中的憎水及团聚现象。力学性能测试表明,橡胶粉在油井水泥浆中应用的适宜粒径为0.15~0.18 mm,适宜的加量为2%,加量过大不利于水泥石抗压强度和抗折强度的发展。微观研究表明,橡胶粉粒子部分充填于空隙结构之中,部分充填于水泥晶体颗粒之间,有效增大了油井水泥石受压前期塑性变形能力和受压后期弹性变形能力,当水泥石受冲击力作用时,橡胶粉粒子发生弹性变形将产生力的缓冲并吸收冲击能,从而提高油井水泥石抗冲击破坏的能力。     

DRK韧性水泥浆体系的研制

为了提高油井水泥环抗射孔、压裂等动态冲击能力,提高水泥环射孔后层间密封能力,进行了提高水泥石韧性试验研究。研制出了抗冲击韧性水泥外加剂。该外加剂主要是在胶联剂的作用下通过高分子聚合物型增韧剂提高水泥石的韧性和变形能力,并在室内进行水泥浆常规性能评价试验基础上,利用材料动态力学性能测试装置和射孔模拟实验装置进行了抗射孔冲击能力的评价试验和现场射孔对比试验。试验表明,DRK韧性水泥浆具有速凝、早强、低失水和"直角稠化"的特性,有利于防止和控制水、气窜的发生,不仅能有效地提高固井质量,而且能够提高水泥环的抗射孔(或压裂)冲击能力,有利于延长油井寿命,提高产能。     

水乳树脂改善油井水泥石力学性能研究

油井水泥石存在收缩大、脆性高的固有缺陷,易形成微间隙而导致地层流体互窜,造成油气采收率降低与油井寿命缩短。通过向G级油井水泥中掺入水乳树脂对其进行改性,同时掺入硅灰及矿渣微细粉,制得了固井防窜用弹性密封水泥石。对该水泥石力学性能测试结果表明,水泥石韧性显著增强,脆性降低,力学形变能力大幅提高。     

油井水泥增韧剂BF的室内研究

针对油井水泥石固有的极限应变小，抗冲击性能差、脆性大的缺点，研究了以混合短纤维为主要成分的油井水泥增韧剂BF，并对加有BF增韧剂水泥浆的力学性能进行了系统评价，同时还考察了BF增韧剂与油井水泥降失水剂F17B及油井水泥减阻剂USZ的配伍性能，室内实验表明，BF增韧剂能使水泥浆的流动度减小，凝结时间延长，析水率和失水量减小，且BF增韧剂与外加剂USZ和F17B的配伍性良好；BF增韧剂能够显著提高水泥石试样的韧性，使水泥石韧性增长20％，有效降低射孔对水泥环的破坏，改善水泥石的力学性能，抗折强度增长幅度为16％－29％，抗冲击功增量为17％－64％，而且水泥石抗压强度均大于14MPa；BF增韧剂掺量小（2.6%），其增韧效果优于中国现有的油井水泥增塑剂S（掺量为4％）。     

钙质晶须在高温加砂水泥中的增强性能研究

为满足稠油开采对油井水泥石高温力学性能的要求,探索了钙质晶须在油井水泥及高温加砂水泥中应用的可行性。首先研究了80℃下硫酸钙晶须(CSW)及两种自制钙质晶须(GZWS和GZWL)对油井水泥石的增强增韧效果,并在此基础上,通过干热养护方式(600℃煅烧6 h)考察了5% GZWL对加砂水泥石的增强效果。结果发现,CSW对油井水泥石无增强增韧作用,而GZWL和GZWS的增强增韧效果明显,且长径比大的GZWL优于GZWS。随GZWL加量增大,油井水泥石的抗压强度和冲击韧度增大,当加量为5%时,1,3,7和28 d水泥石的抗压强度较净浆水泥石分别提高了18.7%,42.4%,20.6%和20.7%,冲击韧度较净浆水泥石分别提高了6.8%,7.0%,12.8%和13.0%;该加量下干热养护后的水泥石抗压强度较纯加砂水泥石提高了108.0%。研究结果表明,晶须表面性质(亲水性)是保障其与水泥石基体良好胶结并发挥其作用的前提,晶须长径比越大,增强效果越显著,故GZWL能有效抑制加砂水泥石的高温强度衰退。      

油井水泥环降脆增韧作用机理研究

针对油井水泥环井下易脆裂问题,对脆性水泥环破坏的根本原因进行了研究.结果表明,水泥石内部化学键断裂导致内部裂缝的扩展是水泥环后期层间密封性能失效,并诱发环空窜流的主要原因之一.实验研究了外加剂及外掺料对油井水泥石脆性改善的微观作用机制,建立了包括结晶相、凝胶相、粒问充填及粒问搭桥在内的基质塑化设计模型.利用此设计模型开发了多元材料复合增韧水泥石,与常规水泥石相比,其力学形变完整性的保持能力有较大的提高,适应井下工况环境变化的能力得到增强,可满足油气井后期安全开发生产的需要.     

聚合物钻井液转变成水泥浆固井技术应用研究

本文对ＭＴＣ技术波特兰水泥转化法和高炉矿渣转化法的室内试验研究和现场应用进行了详细的论述。波特兰水泥转化法能提高水泥石抗压强度，高炉矿渣转化法能明显降低固井成本，综合考虑其特点，矿渣转化法有较大的技术优势。ＭＴＣ技术具有提高固井质量，降低固井成本等特点，有广阔的应用前景。     

矿渣MTC防气窜固井应用研究

为了使矿渣MTC应用于防气窜固井,根据环空气窜机理试验成功了矿渣MTC。试验期间,通过控制矿渣激活速度和早期强度发展规律,使矿渣MTC具有过渡时间短、早期强度发展快、固化后的水泥石收缩小、相容性好、高温高压稠化曲线成直角状等特点.在马蓬2井177.8mm生产套管固井试验中,5个气层压力均很高,但固井后无任何气窜的显示,固井优质。结果表明:矿渣MTC不仅能改善胶结质量,而且具有很强的防气窜能力。     

矿渣对固井液性能的影响研究

为了研究矿渣对固井液性能的影响,通过对国内外主要的有关的矿渣固井技术的文献进行调研,对高炉水淬矿渣结构特、性能及其水化机理、影响矿渣固井液的固化因素和矿渣固化体性能和高温性能及其力学性能进行研究,用高炉水淬矿渣和油井水泥浆配制了一系列固井液并在不同水灰比下对其性能进行了实验研究。试验结果表明在0.44水灰比时,矿渣加量为30%时油井水泥的抗温性能最好。试模抗压强度也变好。在0.60水灰比时,矿渣加量达到30%时,试模抗压强度最高,固井液的表观粘度、塑性粘度、动切力也相应的有所提高,可增强固井液的稳定性。在0.80水灰比时,矿渣加入量为20%时,试模抗压强度最高,表观粘度不变,塑性粘度和动切力变化较小,可以提高固井质量。     

用多功能钻井液设计超低密度矿渣水泥浆

本文针对陕甘宁盆地中部低渗透天然气田低压易漏地层二级固井中存在的问题，利用高炉矿渣、漂珠的潜在活性及比重较小的特点，结合多功能钻井液固井技术的优点，用多功能钻井液设计超低密度（１２０ｇ／ｃｍ３～１４０ｇ／ｃｍ３）矿渣水泥浆。用该水泥浆为领浆和纯Ｇ级水泥浆为尾浆对天然气井进行一次性注水泥固井，替代分级固井技术。室内研究结果表明：超低密度矿渣钻井液固化液中激活剂可以扩散到滤饼和残留的多功能钻井液中，使套管、水泥石和地层三者之间达到完整的胶结，使地层封隔效果良好，水泥石抗压强度高，水泥浆流变性好，体系稳定，稠化时间满足现场施工要求，并解决了分级固井技术中存在的固井质量问题。     

高炉矿渣改善固井水泥界面胶结性能研究

基于对双界面封固系统的认识和对高炉矿渣物化特性的分析，研制了用于模拟固井界面胶结的试验装置，利用胶结强度模拟试验等方法评价了高炉矿渣水泥体系的性能。结果表明，矿渣和激活剂加量范围分别为25％～35％和3.5％～4.5％时能明显提高水泥第一界面的胶结强度，且受养护温度的影响较大；矿渣水泥在干心、水湿和有滤饼3种界面条件下的第二界面胶结性能都优于基浆，第二界面胶结强度远小于第一界面，体系性能满足现场固井要求。试验证实了模拟装置的可行性，高炉矿渣独特的水化特点、良好的界面亲和性及与水泥间的颗粒级配为解决固井工程中的界面胶结问题提供了实际可行的解决方案和必要的理论依据。     

MgO作为油井水泥膨胀剂的研究现状与展望

随着对稠油井、超深井等高温井开采力度的加大,CaO及钙钒石类传统油井水泥膨胀剂因其高温性能不稳定而无法满足固井需要,以MgO为主要成分的镁质油井水泥膨胀剂有望在高温井固井中得到更为广泛的应用。列举了MgO膨胀剂应用于油井水泥的国内外研究成果,从中可以得出,MgO煅烧温度须与使用温度满足一定的匹配关系;高掺量（12%） MgO可优化80℃三维受限状态的水泥石孔径并提高其抗压强度,但5%~10%掺量的MgO会降低135~150℃下加砂水泥石的抗压强度;水泥石因MgO产生的径向膨胀能够显著提高二界面胶结强度,改善封隔质量,对存在劣质泥饼的二界面胶结强度亦有增强效果。以上结果对以MgO为主要成分的高温复合型防窜剂研究及应用推广具有一定的指导意义。      

高炉矿渣转化的水泥浆在新疆油田的应用

将高炉矿渣加入钻井泥浆中可使后者转化为用于固井的水泥浆。这种水泥浆有助于节约固井成本，减少环境污染和提高地层和水泥环之间的胶结强度。通过加入高炉矿渣，活化剂ＪＸ－１和ＪＸ－２及稀释剂ＤＩＳ－３，已成功地将新疆油田现场聚合物泥浆转化为固井用的水泥浆。     

高强度低密度水泥浆固油层技术

常规低密度水泥浆固井中存在水泥石抗压强度低、水泥浆游离液含量大、浆体稳定性差等突出问题,满足不了油层固井需要。为保护油气层、提高固井质量,通过深入研究,从筛选和优化水泥、外掺料及配伍外加剂入手,开发了高强度低密度水泥浆体系;并通过采取新工艺、强化技术措施,有效解决了油层固井中遇到的一系列问题,在中国科探1井、4000 m以上深井、煤层气井以及浅层稠油井等40余口井进行了油层固井作业,固井一次成功率100%,质量优良率90.5%,达到了满意的效果。     

纳米SiO_2溶胶缓解油井水泥高温强度衰退的作用机理

油井水泥石强度衰退是高温固井所面临的主要难题之一,而添加纳米SiO_2能否缓解水泥石的高温强度衰退以及其作用机理是什么,还有待于验证和确认。为此,通过室内试验,基于X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪分析水泥石的矿物组成、微观结构和水化产物的元素,测定了高温条件下(150℃/35 MPa)纳米SiO_2溶胶对G级油井水泥石抗压强度的影响及变化规律,据此研究纳米SiO_2溶胶在高温下对水泥水化产物的作用机理。研究结果表明:①纳米SiO_2溶胶可以提高G级油井水泥浆的稠度系数,对水泥浆的流变性会产生不利的影响;②在高温养护初期,纳米SiO_2溶胶会降低水泥石的抗压强度,但加入纳米SiO_2溶胶的水泥石的抗压强度不会随着养护时间的增加而产生明显的变化;③加入少量纳米SiO_2溶胶的G级油井水泥中的纳米SiO_2颗粒吸附在水泥矿物表面阻碍水化反应,能够缓解水泥水化产物的高温脱水变质,纳米SiO_2颗粒还可以提高水泥微观结构的致密性;④加入大量纳米SiO_2溶胶的G级油井水泥中的纳米SiO_2与氢氧化钙发生火山灰反应生成一种新型的、结构松散的薄片蜂窝状CSH产物,难以提供较高的抗压强度。结论认为,纳米SiO_2可以作为水泥添加剂以缓解油井水泥高温强度衰退,该研究成果为高温固井水泥浆体系的设计提供了一条新的思路。     

磷酸盐水泥固井技术在LKQ地区X井火烧油层的应用

为有效开发稠油资源,TH油田在LKQ地区X井进行注空气火烧吞吐/火驱开发先导试验。该地区主要目的层渗透率高,易产生漏失,引起固井质量问题。通过分析磷酸盐水泥耐高温抗酸蚀机理,决定使用超声强度发展较快的耐高温、耐CO₂腐蚀的磷酸盐水泥浆进行固井作业。该磷酸盐水泥浆由磷酸盐水泥BCM-600S、降失水剂BCF-600L、缓凝剂BCR-600S和消泡剂G603组成。性能评价结果表明,设计的耐高温耐腐蚀磷酸盐水泥浆固化体耐温达到550℃,高温强度长期不衰退,综合性能满足施工要求。X井采用磷酸盐水泥全井封固,封固段优质率达93.8%,固井质量合格。该磷酸盐水泥可以推广应用。