长封固段复杂地层固井用SP-1水泥浆体系研究

考察了以微硅、膨胀珍珠岩、硅藻土等活性材料及激活剂CK21制成的油井水泥多功能外加剂SP-1，在不同温度下、不同加量条件下对水泥浆各项性能的影响。SP-1与其它水泥外加剂一起使用，配制成了SP-1水泥浆体系，研究了SP-1水泥浆体系的防漏失和防气窜等特殊性能。结果表明：SP-1能调节水泥浆低温性能，使水泥浆在大温差长封固井段中性能趋于一致。SP-1水泥浆体系能提高水泥石二界面的胶结强度，有较短的凝结时间；良好的直角稠化性能和触变性，因此该水泥浆具有良好的防漏失、防气窜（侵）性能。该水泥浆首次在四川地区4口不同类型的油气井进行了现场应用，取得良好的效果。     

新型油井水泥促凝剂LT A及其性能

针对低温或表层段固井候凝时间长的问题,采用价格低廉、早强作用强且性能稳定的促凝剂有利于缩短固井时间和提高固井质量。为此,研制了过渡金属复合盐类促凝剂LT-A并系统评价了该促凝剂不同加量（1%、2%和3%）情况下的油井水泥浆性能,得到了促凝剂LT-A对油井水泥的影响规律：促凝剂LT-A能促进油井水泥的水化能力,缩短水泥浆稠化时间,显著提高水泥石早期抗压强度,加入促凝剂LT-A的水泥浆稠化时间与原浆稠化时间之比小于等于0.5、水泥石6 h抗压强度（39 ℃、常压）大于等于4.0 MPa,完全满足促凝剂评价标准SY/T 5504.4-2008 的相关要求。实验还进一步证实：LT-A对水泥浆流变参数和初始稠度基本无影响,是一种性能优于CaCl^₂的新型促凝剂。     

微小井眼水泥浆体系室内性能评价

针对微小井眼固井环形间隙小，形成的水泥环薄等缺点，研制出了微小井眼水泥浆体系。并按照API标准对该水泥浆的密度、失水量及游离液、稠化时间、水泥石强度、耐盐耐温、耐腐蚀等性能进行了大量的实验评价。结果表明:微小井眼水泥浆体系不仅具有抗压抗折强度较高（抗压强度12.7 MPa，抗折强度6.0 MPa）、脆度系数低（仅2.1）的力学性能，且具有游离液为零、失水量小（ 80 mL）、初始稠度低（ 6 Bc）、直角稠化以及稠化时间可调等特点。同时为检验该体系的适应性，进行了耐温、耐盐、抗腐蚀性能评价。结果，该体系室内评价温度高达170 ℃，配浆盐水浓度高达12%。而且微小井眼水泥石具有较强耐酸、耐地层水腐蚀性能。微小井眼水泥浆体系完全可以应用于小尺寸，窄环空的井眼固井，同时由于其优良的适用性，有更广泛的应用前景。     

新型油井水泥促凝剂LT‐A及其性能

针对低温或表层段固井候凝时间长的问题 ,采用价格低廉 、早强作用强且性能稳定的促凝剂有利于缩短固井时间和提高固井质量 。 为此 ,研制了过渡金属复合盐类促凝剂LT‐A并系统评价了该促凝剂不同加量（１％ 、２％ 和３％ ）情况下的油井水泥浆性能 ,得到了促凝剂LT‐A对油井水泥的影响规律 ：促凝剂LT‐A能促进油井水泥的水化能力 ,缩短水泥浆稠化时间 ,显著提高水泥石早期抗压强度 ,加入促凝剂LT‐A的水泥浆稠化时间与原浆稠化时间之比小于等于 ０ ．５ 、水泥石 ６h抗压强度（３９ ℃ 、常压）大于等于 ４ ．０MPa ,完全满足促凝剂评价标准SY／T ５５０４ ．４ — ２００８的相关要求 。 实验还进一步证实 ：LT‐A对水泥浆流变参数和初始稠度基本无影响 ,是一种性能优于CaCl２的新型促凝剂 。     

多元材料复合改性水泥浆体系

利用胶乳、纤维及弹性颗粒材料多元复合增效原理，开发出了多元材料复合改性水泥浆。实验评价结果表明，该水泥浆具有流变性好、失水量低、零析水、直角稠化、稠化时间可调等特点，其水泥环具有抗腐蚀、抗冲击振动破碎能力以及较强力学形变能力，其优良的液态性能和固态性能不仅可以满足固井安全施工要求和凝固后长期力学耐久性能要求，还能有效防止水泥浆在凝结过程中和凝固后发生气窜。     

易漏地层防漏增韧水泥浆体系的研究和应用

为解决油田复杂地层固井时的水泥浆漏失低返以及射孔和后续增产措施造成的水泥环脆裂（即二次窜流）问题,研制开发了以混杂短纤维为核心材料（F27A）的防漏增韧水泥浆体系,并对其防漏性能、水泥石的各种力学性能（抗折强度、抗冲击功和弹性模量）及水泥浆体系的工程性能进行了研究.室内研究证明：与加有胶乳、橡胶粉的水泥浆体系相比较,F27A防漏增韧水泥浆体系流变性能好、稠化曲线规范、稠化时间可调,自由水为零,水泥石抗压强度在20～26 MPa之间,不受地层水和温度的影响,具有更优异的防漏堵漏、增韧和抗冲击作用.此外,还进行了聚能射孔模拟试验、1口井打水泥塞堵漏现场试验和35口易漏井的固井施工,固井质量合格率为100%,优质率为94.3%.     

高温油井水泥缓凝剂ZRT-1的合成及性能

针对水溶性聚合物在水泥浆中耐高温性能的局限性,笔者突破传统水溶性共聚物的研究思路,设计了无机非金属材料-有机聚合物高温缓凝剂ZRT-1,通过正交实验法及单因素法确定了ZRT-1的最佳合成工艺,AMPS：IA：AA的物质的量比为7.0：1.5：1.5,偶联剂加量为0.5%,无机材料加量为1%,引发剂加量为1.5%,单体质量分数为30%,pH值为4,反应温度为65℃,反应时间为8 h ;分别采用红外光谱（FT-IR）,热重分析（DSC/DTG）、凝胶渗透色谱（GPC）等对ZRT-1进行了表征。结果显示,ZRT-1具有预期结构和官能团,热稳定性好,重均分子量为10 091,数均分子量为2020,分子量分布为4.99 ;对ZRT-1的性能评价结果表明,水泥浆稠化时间随ZRT-1加量的增加呈线性增加,随着温度的升高也呈线性降低,具有加量和温度可调性;ZRT-1加量为0.4%～1.5%时,水泥浆在114～230℃、54～90 MPa时的稠化时间在200～400 min之间可调,稠化曲线平稳,过渡时间短且呈直角稠化。     

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。      

凝胶水泥堵漏剂的制备与性能

针对大裂缝、孔洞性恶性漏失以及含水层的恶性漏失,为了解决水泥浆堵漏存在水泥浆无法驻留、易被水 稀释、胶结强度差、堵漏效果差的问题,以丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、N-乙烯基吡咯烷 酮（NVP）和疏水单体MJ-16 的共聚后水解方式制备了四元高分子凝胶,将凝胶加入水泥浆中形成凝胶水泥浆复 合堵漏体系,研究了复合体系的抗水稀释性能、流变性、驻留能力以及抗压强度。结果表明,该凝胶高温下具有 良好的流变性能,表现出较好的抗温性能。凝胶与水泥、缓凝剂、消泡剂形成的凝胶水泥体系流动度达21 cm、稠 化时间可调,可安全泵送;体系入水仍为一体,在150 r/min 的搅拌速度下未被水稀释,具有良好的抗水侵性能;体 系通过1 mm裂缝的时间是普通水泥浆的10 倍以上,具有良好的滞留能力,能够停留在漏层入口处堆积,且抗压 强度达到7 MPa以上。该凝胶水泥体系特别适用于大孔道、大裂洞、暗河及含水层的漏失堵漏。     

油井水泥用低温促凝剂BH-A401S的开发与性能研究

为解决目前常用促凝剂对AMPS类水泥浆体系低温促凝效果差的难题,通过对不同促凝材料的促凝效果对比,优选开发了一种由NaAlO2、特种促凝材料与有机盐组成的新型低温促凝剂BH-A401S,采用IR、TGA及DSC对该新型促凝剂的结构和耐温性能进行了表征考察,结果表明复配的促凝剂达到了预期设计目标。室内研究表明,该促凝剂在低温条件下对AMPS类水泥浆体系具有良好的促凝效果,温度高于50℃时,稠化时间可缩短到90 min以下,稠化线形整体平稳,过渡时间短,可满足40℃～70℃循环温度范围内的固井施工要求;同时,加有促凝剂的AMPS类水泥浆体系浆体性能稳定,初始稠度低、流变性能良好、稠化时间可调,40℃、加量为1.5%,6 h抗压强度大于4 MPa,低温早强、防窜效果明显,是一种非常适合AMPS类水泥浆体系的低温促凝剂。     

二氧化碳对油井水泥石的腐蚀及其防护措施

在湿环境下,油气构造中富含的CO_2对水泥石产生碳化腐蚀,碳化结果使水泥石渗透率变大、抗压强度减小,诱发流体窜流、塑性地层井壁垮塌等事故,造成巨大的经济损失。介绍了在不同温度下的水泥水化产物及其碳化产物。从化学角度分析了CO_2在不同温度下对油井水泥环碳化腐蚀的机理、影响因素及防护措施。在低于110℃的温室下,CO_2的腐蚀速度受扩散控制,其影响因素包括水泥浆密度和水泥石渗透率及水泥石孔隙液中Ca(OH)_2的含量,在水泥中掺加活性硅灰或提高水泥浆密度可预防碳化腐蚀。在大于110℃的高温下,碳化腐蚀速度受水泥水化产物中Ca(OH)_2含量和水泥石碳化后渗透率大小的影响。正确的防腐工艺是在水泥石中加入10％—15％的石英砂,或者在纯水泥中加3％—8％的膨润土。     

一种深井固井低密度水泥浆

经试验研究,用硅藻土(中国产)、G级水泥及非CaCl_2类早强剂配制出密度为1.35—1.60 g/cm~3的低密度水泥浆。室内评价了其常规性能及压力对其性能的影响。结果表明。该水泥浆密度可调范围大;硅藻土水泥浆具有较好的综合特性,即水泥浆凝结后的水泥石强度高。稠化时间可调,水泥浆混配容易,流动性好,水泥浆密度受压力影响不大,能适应低压易漏深井固井的要求。     

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文章以一种广泛应用的天然类火山灰为主要减轻材料，辅以其它硅质材料，根据粒度级配和优化原理，配合新开发的早强剂，设计出密度可在1.35～1.60 g/cm3范围内变化，适合低压易漏地层固井作业的新型低密度水泥浆体系。室内实验表明：该体系具有悬浮稳定性强、滤失量低、水泥石早期抗压强度较高、成本低廉、且浆体密度受压力影响较小等特点。克服了常规低密度水泥浆早期强度低和漂珠低密度水泥浆体系受压力影响较大的缺点，具有良好的工程应用前景。     

关于非泡沫超低密度水泥浆体系应用的建议

由于中国存在大量的低压、易漏油气井,目前超低密度水泥浆体系在固井中的应用日益增多。由于减轻材料的密度小、抗破碎性能有差异以及超低密度水泥浆体系固液相的密度比低等原因,运用常规水泥浆体系的设计标准、实验方法、混浆操作会产生错误和问题,影响水泥浆性能的稳定,因此需要根据减轻材料的物性以及水泥浆设计密度对超低密度水泥浆体系现场试验及混浆方案做出针对性改善。从减轻材料、液固比、井下环境、抗压强度实验、水泥浆质量、混灰和转运过程以及现场混浆等方面,对超低密度水泥浆体系应用中出现的问题进行了探究,并分别提出了微珠的选择标准、液固比的最优窗口、井下环境的校正、强度实验方法的选择、水泥浆性能的控制、干灰质量保障措施以及LVF动态混浆系统等相关建议,对提高超低密度水泥浆体系固井作业的成功率有指导意义。      

井浆改造固井隔离液的评价与应用

随着川渝地区高温深井、超深井勘探开发的发展,固井时水泥浆与钻井液相容性差的问题日益突出,极易导致固井注水泥浆时出现变稠、结块的问题。通过对水泥浆与钻井液接触污染因素分析、研究,合成了由井浆改造不排放抗污染隔离液GLJ。经室内评价和现场投井应用表明,隔离液GLJ现场配制简单、方便,只需将隔离剂直接加入现场钻井液中即可,可减少新增液体量、钻井液加重剂等材料用量,减轻现场储存压力;GLJ具有较好的流变性、悬浮稳定性,可根据现场施工对隔离液GLJ的流变性能参数要求进行调整,具有良好的抗温性能,井筒中长时间静置不会导致隔离液GLJ重晶石沉淀;GLJ与水泥浆具有良好的配伍性,各种比例混合流体的高温高压稠化实验240 min内体系稠度值未大于40 Bc;隔离液GLJ对钻井液性能影响小,施工结束后循环罐中剩余隔离液GLJ和井筒中返出隔离液GLJ均可混入井浆中作为钻井液继续使用,减轻了现场废弃液的排放及处理量,具有良好的经济效益和社会效益。      

抗高温硅酸盐水泥浆体系研究

针对高温条件下,常规硅酸盐加砂水泥浆体系存在的稳定性差、水泥石抗压强度衰退和开裂等问题,有针对性地开展了水泥高温增强材料优选、水泥石力学性能优化和抗高温硅酸盐水泥浆体系综合性能优化等研究,结果表明,高温条件下,掺加火山灰类高活性矿物材料能保证水泥石抗压强度良好发展,无衰退现象;优选的晶须/纤维材料对水泥石“降脆、增韧”作用显著,水泥石高温养护无开裂现象,且弹性模量能控制在9.0 GPa以内;通过配套使用高性能抗高温降失水剂、缓凝剂和高温稳定剂等外加剂,水泥浆体系综合性能良好,具有低失水、高温稳定性好、稠化时间可调、过渡时间短等特点。该研究成果对保证深井、超深井固井安全,提高固井质量具有重要意义。      

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随着油气田勘探开发技术的深入发展,深井,超深井的数量不断增多,深井,超深井的特点是：井深,温度高,水泥环薄,固井难度大,而各种增产工艺,措施和后期作业对油气井固井质量也提出了更高的要求。水泥本身具有硬和脆的性质,受后续施工,射孔或由由于地层条件下复杂作用力的影响,易发生脆裂,或与套管,井壁剥离,影响油气井后期开采,缩短油气井的寿命,文章通过研究深井塑性水泥原理,提出评价方法和塑性水泥配方,进行了塑性水泥施工性能的力学性能的大量实验,并在此基础上完成了20井次注水泥施工,实践表明,塑性水泥具有优良的综合性能和抗外冲击能力,施工方便,能提高深井复杂井的固井质量。     

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钻井液转化为水泥浆技术，是在钻井液中添加某些胶凝材料和外加剂将其转变成水泥浆直接用作固井材料的新型固井方法。在钻井过程中钻井液承担着冷却润滑钻头，携带岩屑，平衡地层压力，稳定井壁的任务。如果在完成钻井后将钻井液通过一定的方法转化为可固结的材料———固井液，就能达到封隔地层、支撑套管、防止层间流体窜通的目的，这种技术又称为ＭＴＣ（ＭｕｄｔｏＣｅｍｅｎｔ）技术。文中从油气井开发提高效率、降低费用的技术要求出发，论述了采用ＭＴＣ技术是一条可行的路子。实验研究得出用油井水泥，粒化高炉矿渣共同作为胶凝材料，优选合适的分散剂和促凝剂，提出了普通钻井液和聚丙烯酰胺低固相钻井液转化为水泥浆体系的优化配方。这种兼有钻井液和固井液作用的技术，能避免钻井液和水泥浆混合时发生的絮凝现象，提高环空顶替效率，降低废钻井液处理费用，减少固井材料，因而在提高固井质量和降低成本上有很大的潜力，可供生产部门参考     

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文章简析了泥浆转化成水泥浆时体系增稠的原因及各类分散剂的作用机理及特点。针对泥浆转化成水泥浆时体系含盐量高、ｐＨ 值高的特点，通过大量实验开发出了一种适合泥浆转化成水泥浆用的高效分散剂ＡＢ－１ 。ＡＢ－１ 为一种非离子型分散剂及阴离子型分散剂的混合物。外观呈棕红色液体，易溶于水，能在２３０℃下保持稳定。通过对两性离子聚合物及磺化体系泥浆的转化实验发现：ＡＢ－ １ 能显著提高转化水泥浆的流变性，并能抗盐、抗碱。此外ＡＢ－ １ 对早期及后期强度均无明显影响。对浆体稠化时间、失水也无明显影响。ＡＢ－ １ 可应用于高温深井复杂泥浆转成水泥浆技术。