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。      

适用于长封固段固井的新型缓凝剂

为解决深井及超深井在高温条件下长封固段大温差时顶部水泥浆超缓凝的难题,研制了新型合成缓凝剂BCR-260L,该缓凝剂具有很好的耐高温性能,适用温度范围广,可满足70～180℃较宽温度范围内的固井需求.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,可以解决高温大温差条件下水泥浆超缓凝难题,具有很好的推广应用前景.研制的缓凝剂BCR-260L已经在LG地区62井进行了现场应用,固井效果良好.     

固井用新型高温缓凝剂的研究与应用

针对深井、超深井长封固段大温差水泥浆柱顶部强度发展缓慢的问题,通过自由基水溶液聚合方法,研制了新型聚合物类高温缓凝剂GWH-1,并对其性能进行了评价。结果表明:GWH-1耐温可达200℃,抗盐可达饱和;通过调整GWH-1加量,能调节水泥浆的稠化时间;经130℃养护后低密度水泥浆(1.30 g/cm3)的稠化时间为386min,在30℃下养护72 h后的抗压强度大于3.5 MPa;高温水泥浆无游离液且水泥石上下密度差小于0.02 g/cm3;水泥浆综合性能良好,解决了长封固段大温差固井水泥浆顶部超缓凝难题。GWH-1在塔里木油田RP7008井等进行了应用,封固段固井质量优良。对深井长封固段提高固井质量、简化井身结构及节约钻井成本等具有重要意义。     

一种大温差弹韧性水泥浆

长封固段大温差气井固井面临水泥浆顶部易超缓凝,水泥环易发生密封失效致环空带压等问题。通过研选抗高温大温差缓凝剂和降失水剂,可满足170℃以低100℃温差水泥石强度发展要求;优选抗高温弹韧性材料,降低水泥石脆性,增强水泥石弹韧性。研制出大温差弹韧性水泥浆体系,密度在1.50~2.20 g/cm3范围内可调,水泥浆流变性好,API失水量小于50 mL;50℃温差下密度为1.50 g/cm3低密度水泥石72 h抗压强度可至11.5 MPa,60℃温差下密度为2.20 g/cm3水泥石72 h抗压强度可至15.3 MPa,70℃温差下密度为1.88 g/cm3水泥石抗压强度达17.7 MPa,且水泥石弹性模量均小于7 GPa,抗折强度大于3.5 MPa;水泥环密封完整性评价显示,水泥环可满足90 MPa压力30轮次加卸载密封要求。该大温差弹韧性水泥浆体系在西北油田分公司顺北4井φ193.7 mm+φ206.4 mm尾管回接固井中成功应用,一次封固段长5693 m,上下温差约105℃,固井质量优质,为其他超长封固段气井固井提供成功范例。      

大温差水泥浆体系的研究与应用

辽河油田深井、高地温梯度井存在封固段长、上下温差大、顶部水泥浆易出现缓凝甚至超缓凝等问题。为了解决这些问题,运用缓凝剂DRH-200L、降失水剂DRF-120L,结合紧密堆积理论掺入具有火山灰活性的增强材料DRB-1S,开发出了常规密度大温差水泥浆体系并考察了其综合性能。实验结果表明,该水泥浆体系的综合性能良好;在大温差(温差为60℃)条件下,封固段顶部的水泥石抗压强度大于10 MPa/24 h;且此体系成功应用在沈308井φ177.8 mm技术套管固井中,固井质量优质,为提高辽河油田大温差井段的固井质量积累了经验。     

大温差低密度水泥浆性能研究

长封固段大温差固井具有一次性封固段长、封固段底部与顶部温差大的特点,容易导致顶部水泥浆长时间无强度。目前针对大温差缓凝剂的研究较多,其他相关外加剂的大温差性能较少有关注,同时较少有针对100℃以上大温差固井的研究。针对大温差固井的特点,对降失水剂、分散剂和缓凝剂的大温差性能进行评价和筛选,降失水剂C-G86L和缓凝剂C-H42L具有良好的大温差性能,而分散剂对大温差性能有不利影响。构建了1.4 g/cm3大温差低密度水泥浆体系,并引入丁苯胶乳,提高了水泥石在低温下的强度发展。此体系在温差110℃、顶部温度20℃下48 h强度达到858 psi（5.92 MPa）。      

高温大温差固井水泥浆体系研究

针对高温深井长封固段大温差固井面临的水泥浆顶部强度发展缓慢、易气窜等固井技术难题.在对高温大温差水泥浆设计难点分析基础上,通过合理设计水泥浆外掺料组成,优选抗高温性能好、对水泥石强度影响较小的外加剂,并研制出一种新型强度调节剂FZ-1,加快水泥石顶部抗压强度发展,最终设计出一套密度为1.90g/cm3,能有效解决顶部水泥浆超缓凝问题的高温大温差水泥浆体系.实验结果表明,该体系沉降稳定性好、失水量小、稠化时间可调、早期强度高且具有良好的防窜能力,能够满足循环温度为110～140℃,温差为50～70℃的高温大温差固井施工要求.     

低压易漏深井大温差低密度水泥浆体系

针对塔中低压深井长封固段大温差固井面临的低密度水泥浆高温稳定性差、易漏失、返出井口后长时间无强度等固井技术难题,开展了密度 1.20~1.60 g/cm3大温差低密度水泥浆体系研究。从抗压、抗剪切性能、颗粒形态等方面对漂珠进行优选;基于颗粒级配原理,从提高水泥浆稳定性和抗压强度出发对减轻剂、填充剂、超细材料进行优选及合理组配,结合缓凝剂和降失水剂之间的协同作用,设计出一套长封固段大温差低密度水泥浆体系。实验结果表明:该低密度水泥浆体系流变性好,失水低,模拟工况条件下,水泥浆上下密度差小于 0.02 g/cm3,稠化时间和强度发展满足施工要求,能满足温差 70~120 ℃、一次性封固 6 000 m左右的固井需要。     

聚合物缓凝剂及长封固智能化水泥浆体系的应用

为满足高温深井长封固段固井需要,研究了聚合物缓凝剂SD210及60～180 ℃大温差的水泥浆体系,并对其性能作了深入的研究。结果证明,SD210缓凝效果明显,ADV-Cement水泥浆体系在低温条件下水泥石早期强度高,且浆体稳定,稠化性能与防气窜性能良好,现场应用表明能满足长封固段固井施工需要。     

油井水泥缓凝剂的优选技术

针对深井、超深井的固井作业,研究了缓凝剂加量对水泥浆稠化时间、水泥石抗压强度的影响及缓凝剂的温敏性问题,研究结果表明：缓凝剂加量与稠化时间有四种线性关系,每种类型对固井作业中缓凝剂筛选有不同的影响;通过不同材料的复配,能补偿因缓凝剂造成的水泥石强度衰退。     

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。      

青海共和盆地干热岩GR1井超高温固井水泥浆技术

固井是保证干热岩全生命周期井筒质量的关键环节。通过研究共和盆地干热岩地质特征和赋存条件,提出了干热岩固井的主要技术难点。针对干热岩高温固井问题,研制出了高温缓凝剂BCR-320L,优选抗高温降滤失剂BXF-200L（AF）,探索了不同硅粉加量下水泥石强度的衰退机理,形成了干热岩超高温水泥浆体系。实验结果表明,该水泥浆可以满足循环温度为200℃的固井要求,水泥浆稠化时间可调,具有良好的流变性能,在200℃下强度不衰退,72 h抗压强度可达44.1MPa。该水泥浆在青海共和干热岩GR1井中成功应用,现场固井施工顺利,裸眼段固井质量优质,为后续干热岩固井的施工提供了一定的借鉴。     

青海共和盆地干热岩GR1井超高温固井水泥浆技术

固井是保证干热岩全生命周期井筒质量的关键环节。通过研究共和盆地干热岩地质特征和赋存条件,提出了干热岩固井的主要技术难点。针对干热岩高温固井问题,研制出了高温缓凝剂BCR-320L,优选抗高温降滤失剂BXF-200L（AF）,探索了不同硅粉加量下水泥石强度的衰退机理,形成了干热岩超高温水泥浆体系。实验结果表明,该水泥浆可以满足循环温度为200℃的固井要求,水泥浆稠化时间可调,具有良好的流变性能,在200℃下强度不衰退,72 h抗压强度可达44.1MPa。该水泥浆在青海共和干热岩GR1井中成功应用,现场固井施工顺利,裸眼段固井质量优质,为后续干热岩固井的施工提供了一定的借鉴。      

高石梯-磨溪区块高压气井尾管固井技术

针对西南油气田高石梯-磨溪区块高压气井φ177.8 mm尾管固井遇到的气层活跃、安全密度窗口窄、流体相容性差及高温大温差等问题,制定了相应的固井技术措施。开发了适合高温大温差固井的自愈合防窜高密度水泥浆体系,并进行了室内研究。结果表明:该体系密度为2.0~2.8 g/cm3,现场一次混配可达2.6 g/cm3以上;适应温度为常温~180℃;浆体的上下密度差不大于0.05 g/cm3;失水量不大于50 mL;稠化时间与缓凝剂掺量具有良好的线性关系,稠化过渡时间不大于10 min;静胶凝强度过渡时间不大于20 min;24 h抗压强度大于10 MPa,水泥石顶部48 h抗压强度大于3.5 MPa,低温下强度发展快,形成的水泥石体积稳定不收缩,具有类似韧性水泥的力学性能;遇油气产生体积膨胀,保证了界面胶结质量和密封完整性,降低了固井后发生气窜的风险。该固井技术在高石X井和高石Y井中进行了应用,固井优质率和合格率得到较大幅度提高,水泥环后期不带压,获得良好应用效果。      

0.9 g/cm3超低密度水泥浆体系室内研究

通过分析固井施工对超低密度水泥浆的要求,针对现阶段超低密度水泥浆面临的挑战,优选使用C级水泥和降失水剂C-FL712L,以及高性能增强材料C-BT5得到了一种超低密度水泥浆,并对该水泥浆的综合性能进行评价。评价结果表明,构建的0.9～1.1 g/cm3超低密度水泥浆综合性能良好,浆体稳定性高、上下密度差可控制在0.05 g/cm3以内,稠化时间可调,60℃抗压强度达到7 MPa以上,静胶凝强度发展较快,有较好的防气窜功能,适用的压力范围大,满足固井工程应用要求,可以在低压易漏油藏及超长封固段井的固井施工中推广应用。      

偏心机械式振动固井技术在长庆油田的应用

为提高长庆油田注水调整更新井固井质量,试验应用了一种偏心机械式振动固井技术。在室内采用ZD-34电动振动器评价装置对振动器进行室内模拟,对水泥浆振动后的抗压强度、胶结强度、稠化时间、初终凝过渡时间和渗透率进行评价,结果表明,振动后水泥浆稠化时间缩短25%~30%,初终凝过渡时间缩短30%~50%,水泥石24h抗压强度提高10%~14%,胶结强度提高11%~16%,渗透率降低33.3%~43.9%。该技术在长庆油田吴堡区块应用5口井,试验井油水层封隔良好,总体固井优质率提升20%以上。室内实验和现场应用表明,偏心机械式振动固井技术可以有效提高固井质量,具有较好的推广应用前景。      

纳米二氧化硅复合早强剂的开发与性能评价

针对深水固井中油井水泥早期强度增长缓慢的问题,考察了纳米二氧化硅低温早强特性,并通过递进式叠加优化获得一种纳米二氧化硅复合早强剂NS-4。模拟深水固井的温度、压力条件,测试了该早强剂对油井水泥稠化性能、静胶凝强度和抗压强度的影响。研究结果表明:纳米二氧化硅复合早强剂组成方案为0.8% 纳米二氧化硅（质量分数,下同）+2% 硫酸钠+0.05% 三乙醇胺+0.2% 铝酸钠,掺量为水泥的3.05%;15 ℃、10 MPa 条件下掺入该早强剂的水泥浆稠化时间为236 min,其中稠化过渡时间为34 min;30 ℃、15 MPa 条件下静胶凝强度0~576 Pa 发展时间为180 min,其中胶凝过渡时间为48 min;在4 ℃、15 ℃、30 ℃下,加入该早强剂的水泥石24 h 抗压强度分别是纯G 水泥的9 倍、4.7 倍、2.4 倍。该早强剂优异的低温早强、防气窜性能,有助于解决深水固井面临的低温、浅层水/ 气流动的难题。     

油井水泥宽温带缓凝剂SD210L的研制与应用

四川和新疆地区的部分钻井深度已达7000 m, 长度2 500～3 600 m的技术套管悬挂固井井段已很常见,水泥浆柱顶部和底部温度差大（已达120 ℃）,60～180 ℃宽温带缓凝剂成为解决大温差固井难题的瓶颈。为此,研制了由含磺酸基、双羧基以及酰胺等功能基团的两种单体共聚物--宽温带缓凝剂SD_210L。实验测评其综合性能：SD_210L缓凝剂稠化时间可调、稠化曲线平稳、呈直角稠化;与不同类型的降失水剂复配均可有效降低水泥浆滤失量;高温浆体在中低温条件下水泥石早期强度高;抗盐能力强。先后20井次成功应用到四川盆地龙岗气田礁滩、安岳震旦系等气藏的Φ177.8 mm或Φ168.3 mm长封固段大温差尾管固井作业中。结果表明,SD_210L克服了大温差对高温水泥浆体系带来的“超缓凝”问题,与现有高温缓凝剂相比,SD_210L适应的井下温度更宽更高且不含磷酸酯因而更环保。     

一种新型低放热水泥材料的室内性能研究

海洋深水钻探常常钻遇浅层水合物层,常规低温水泥浆放热量大,固井期间会引起水合物层不稳定,影响固井质量。通过对几种胶凝材料的筛选研究,开发了一种新型低放热水泥材料,从而建立了一套可适于深水浅层水合物层固井的低热水泥浆体系。该水泥浆体系在密度为1.40～1.60 g/cm3时,3 d的水化热均小于200 J/g,水泥石在10℃下养护24 h后的抗压强度大于3.5 MPa,降失水性能较常规低热水泥有较大提高,均小于50 mL,流变性测试φ₃₀₀均在300以下,同时新型低热水泥性能比普通低热水泥水化热更低,稠化时间可调,室内实验表明,新型低热水泥浆体系在低温环境下具有低水化热、高早强、低失水以及稠化性良好等特点,能够满足海洋深水水合物层固井作业的要求。      

ZG112深井低密度高强度韧性水泥浆固井技术

ZG112井是塔中1号气田的一口碳酸盐岩开发井。该井?200.03 mm套管单级全封固井中存在以下难点:①二叠系地层易漏失;②一次封固段长6 132 m,大部分井段井径不规则,水泥浆量大及钻井液替量大;③上下温差110 ℃,顶部水泥浆抗压强度发展缓慢。根据紧密堆积理论和颗粒级配技术,研制出低密度高强韧性堵漏水泥浆体系,密度在1.15~1.35 g/cm3范围内可调,稠化时间变化小,80 ℃、21 MPa、48 h条件下抗压强度可达到14 MPa以上,稳定性好,满足现场施工要求。同时研制了与水泥浆、钻井液相容性好的冲洗微锰加重隔离液,能够实现对井壁虚厚滤饼的有效清洗,预防水泥浆与钻井液的相互接触污染。结合1.88 g/cm3高密度水泥浆固井技术等配套措施,在ZG112井现场固井实践过程中未发生漏失,水泥浆一次性上返,固井质量合格率91.2%,优质率70%,有效解决了ZG区块低压易漏大温差长封固段固井难题。