超高温超高密度防气窜水泥浆

针对超高温超高密度水泥浆设计中难于协调的超高密度与高强度、良好流动性与浆体稳定性的矛盾问题,利用粒度级配原理建立了以水泥为水化胶凝材料和颗粒表面存在吸附水化膜的三级颗粒紧密堆积粒度级配新模型,并应用该模型通过室内优化和添加剂优选实验,实现了以还原铁粉和铁矿粉加重、硅粉热稳定和微硅充填的双三级颗粒级配的组配加重,进行超高密度水泥浆的实验优化。开发出了抗温达200℃,密度达2.82 g/cm3的超高密度防气窜水泥浆体系。室内评价结果表明,该体系综合性能协调良好,防气窜能力强,说明所建立的三级颗粒级配新模型和应用该模型采用双三级颗粒级配进行超过密度水泥浆实验设计的可靠性和实用性。     

不同级配活化铁矿粉对高密度水基钻井液黏度效应的影响

通过在钻井液中加入密度为4．85g／cm^3的不同粒径的活化铁矿粉至密度为1.83g/cm^3，测定它们在150℃老化16h后的性能，研究了不同级配活化铁矿粉对高密度水基钻井液粘度效应的影响。得出，活化铁矿粉粒度级配越粗或越细以及级配范围越窄，对钻井液的黏度效应越大。沉降稳定性越差；当粒度级配合理并处于合适范围时，如用粒径为0.050-0.061mm的活化铁矿粉加重时钻井液的黏度效应达到最低，沉降稳定性最好。     

川东北地区高密度水泥浆体系的开发与应用

针对川东北地区气井目的层埋藏深、地层压力高、固井作业时易发生井漏和气窜等问题,进行了防气窜高密度水泥浆体系研究。应用紧密堆积和颗粒级配原理,使用微硅和铁矿粉进行颗粒级配,并优选了铁矿粉和＂卫辉＂的外加剂,配制出了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、抗压强度、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、密度可调、游离水为零、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川东北地区建深1井的高压气层的固井作业中,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,固井质量合格,可进一步推广应用。     

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。     

二元磁铁矿粒级级配对高密度水泥浆性能的影响

以粒级级配和紧密堆积原理为理论依据，将2种粒径的磁铁矿以不同比例加入到嘉华G级高抗硫油井水泥中，配制成密度为2．4g／cm^3的水泥浆，通过对水泥浆性能的测定，研究了粒级级配与高密度水泥浆性能的基本关系。研究结果表明，与单一粒径磁铁矿配制的水泥浆相比，二元粒级级配配制的水泥浆稳定性好，密度变化最大值仅为0．07g／cm^3，其它性能没有变化；将粒径为0．043和0．076mm的磁铁矿按6：4的比例混配，由其配制的高密度水泥浆综合性能最优，没有析水产生，抗压强度高达19．2MPa，完全可满足现场施工要求。     

精铁矿粉高密度水泥浆体系研究与应用

文章选用高密度(5.05 g/cm3)精制铁矿粉做加重剂,调整其粒度分布,优化干灰组分比例,确定最优水灰比,通过多种水泥外加剂优化组合来调整高密度水泥浆性能,实现了水泥浆流变性、稳定性和抗压强度三者相协调.研制出密度2.10～2.40 g/cm3的高密度水泥浆体系,水泥浆API失水量小50 ml;流变性好;稳定性高;SPN值小于3,有较好的防气窜性能;稠化时间可调;水泥石早期强度高大于14 MPa.高密度水泥浆体系在龙岗61井的高压天然气井中应用,一次性成功封固0～4 065 m的井段,并取得良好封固质量.     

新型无机盐加重超高密度水泥浆体系室内试验

针对超高密度水泥浆存在的诸多问题,采用无机盐FX-1提高水泥浆基液的密度,并合理优化固体加重剂铁矿粉的粒径,配制出了密度为2.87 kg/L的高密度水泥浆。试验结果表明,采用无机盐FX-1可将基液密度提高至1.50 kg/L,结合适宜粒径的铁矿粉,可配制出密度为2.87 kg/L的超高密度水泥浆。该水泥浆具有较好的沉降稳定性和流变性,API失水量小、稠化时间可调、抗压强度高,其综合性能可满足异常高压油气井的固井要求,具有较高的现场应用价值。      

皮山北区块超深井高密度固井技术

皮山北区块古近系埋藏6 900 m,发育膏岩层和多套高压盐水层,地层压力系数2. 25,井底温度160℃,下开次储层与古近系高压盐水层距离短,前期部署井均因高压盐层难题造成未能准确评价储层,故对高压盐水层有效封隔要求高。通过三级颗粒级配,选用微锰、铁矿粉、还原铁粉组合加重,优化出抗温160℃～180℃,密度2. 55 g/cm~3高密度盐水水泥浆体系。该水泥浆体系具有良好流动性、API失水量小于50 mL,直角稠化、SPN值小于1. 1,水泥石高温强度稳定性好,抗压强度大于20 MPa,沉降稳定性小于0. 02 g/cm~3。同时选用高钢级套管封隔盐水层和膏岩层,采用高密度钻井液大循环实施动态承压,优化隔离液流变性和注替参数,实现隔离液紊流+水泥浆塞流复合顶替,保障了顶替效率,昆仑101井技术应用固井质量达到优秀。     

高密度水泥浆中赤铁矿粒级级配对水泥浆性能的影响

文章以粒级级配和紧密堆积原理为理论依据,以嘉华G级高抗硫油井水泥和赤铁矿等为基本原料,通过复配不同颗粒大小的赤铁矿配制密度为2·2g/cm^3～2·3g/cm^3水泥浆。对水泥浆密度、稳定性、流动度、流变性、失水、稠化时间、抗压强度等进行测定,找出了赤铁矿颗粒粒级级配与高密度水泥浆性能的基本关系。     

精铁矿粉加重水泥浆体系研究与应用

为满足四川油田高压天然气井固井对水泥浆＂压稳、替净、封严＂的要求,选用高密度（5.05 g/cm3）、过孔径为74μm筛的精制铁矿粉作加重剂,并调整了其粒度分布,优化了干灰组分比例,确定了最优水灰比（0.29-0.35）;同时通过多种水泥外加剂优化组合（SD18、SDP-1、SD35、SP）来调整高密度水泥浆性能,实现了水泥浆流变性、稳定性和抗压强度3者相协调,使水泥浆具有良好的动态和静态特性,研制出了密度为2.10-2.40 g/cm3的高密度水泥浆。该水泥浆API失水量小于50 mL,流变性好,稳定性高,SPN值小于3,有较好的防气窜性能,稠化时间可调,水泥石早期强度大于14 MPa。该高密度水泥浆体系在龙岗61高压天然气井中进行了应用,一次性成功封固4 065 m的井段,评价结果表明,其优质率为43.75%,中等质量井段占42.13%,单井合格率达85%以上。     

高温高密度防腐水泥浆加重剂研究

针对富含CO₂的高温高压油气井中水泥环的腐蚀问题,进行了高温高密度防腐水泥浆体系加重剂的研究,并对比了相同粒度的锰矿粉、赤铁矿和重晶石3种加重剂对水泥浆性能的影响,在150 ℃、CO₂分压20 MPa的环境下进行了腐蚀实验。研究结果表明,锰矿粉水泥浆需水量最少,相同条件下具有较好的流变性和较低的失水量;锰矿粉水泥石腐蚀后渗透率最小,抗压强度较高;腐蚀30 d后,锰矿粉水泥石腐蚀深度最低,重晶石水泥石的腐蚀深度约为锰矿粉水泥石的1.5倍;腐蚀后锰矿粉水泥石结构最致密,腐蚀后生成物的特征峰最低;锰矿粉加量为25%、50%和75%的3种水泥石腐蚀27 d后,加量为50% 的水泥石腐蚀深度最小。与赤铁矿和重晶石相比,锰矿粉为较好的选择,但加量过多时会对水泥浆防腐蚀性能产生不利影响。      

高强增塑低密度水泥浆体系研究

常用的低密度水泥浆体系在低压易漏地区固井存在强度低的缺陷,油气勘探开发对低密度水泥浆体系提出了更高的要求。研究开发了以漂珠、水泥颗粒、微硅颗粒和颗粒级配增强剂为主构成的4级颗粒填充结构及与之配套的增韧复合纤维构成的高强增塑低密度水泥浆体系,对水泥石强度、水泥环抗冲击能力、水泥浆性能、浆体稳定性进行了室内实验。实验结果表明,水泥浆具有流变性能好、失水量小、稠化过渡时间短的优点,可显著提高低密度水泥石的综合强度、水泥浆的稳定性和防窜能力,与其他外加剂也有良好的配伍性。在胜利油田及川东北地区进行了现场应用,效果良好,为解决当前低压易漏井的固井问题提供了一个可行的途径。     

超高密度水泥浆体系的研究与应用

针对中原油田超高密度水泥浆固井技术难题,通过优选加重材料、解决加重材料的沉降问题以及沉降稳定性与流动性之间的矛盾,开发出一套性能稳定的超高密度水泥浆体系。该体系采用粒径为0.154 mm、0.076 mm及0.03 mm的密度为7.0 g/cm3的铁粉,按照2∶1∶3的比例复配作加重材料,液固比取0.23~0.28时,加重材料加量为180%~390%(BWOC)时均可使水泥浆密度达2.80 g/cm3;选用胶乳作悬浮剂,其不但增大了浆体的悬浮能力,而且具有一定降失水性能。该水泥浆在30℃、常压条件下的48 h抗压强度大于14 MPa;失水量控制在50 m L以内;沉降稳定性好,上下密度差最大为0.028 g/cm3;防窜系数SPN小于3,满足了现场施工需求。研究了该超高密度水泥浆的现场混配工艺。该技术在文72-421井获得了成功应用,固井质量优良率为100%,为复杂高压油气井固井提供了技术支撑。     

水泥浆加重剂Micromax在缅甸Pyay油田的应用

为优选出一种既便于现场使用又有利于提高固井质量的高密度水泥浆加重剂,对常用的几种水泥浆加重剂性能进行了分析,选择了挪威E lkem公司生产的M icrom ax作为水泥浆密度加重剂,介绍了其物理性能和优点,与钛铁矿粉进行了性能对比试验,基于室内水泥浆性能数据,用现场水泥浆、现场水进行了配伍性试验以及加量对流变性、稳定性和强度的影响试验研究。研究表明:M icrom ax配制的高密度水泥浆综合性能明显优于重晶石和铁矿粉;M icrom ax自身稳定性好,水泥浆密度易于调节,具有直角稠化效果,水泥石强度高,与其他外掺料和外加剂有良好的配伍性,在不具备干混装置的情况下可以加入水中使用。在缅甸PSC-101、PSC-2井两口井中采用该加重剂进行打塞和固井作业5次,应用效果良好,具有很好的推广应用前景。     

液体加重技术在超高密度水泥浆研制中的应用

随着深井和超深井复杂地层钻井的日益增加,普通高密度水泥浆已经不能满足深井、超深井及超高压固井作业的需要,研究超高密度水泥浆体系势在必行。由于常规高密度水泥浆采用无机矿物固相加重,密度难以突破2.6 g/cm³,为了有效地提高水泥浆密度,采用以液体加重为主的配制超高密度水泥浆的方法,即采用无机盐提高水泥浆配制基液的密度,结合颗粒级配原理,辅以无机矿物材料加重水泥浆密度,降低了配制超高密度水泥浆体系的难度,室内配制的超高密度水泥浆体系密度达3.05 g/cm³,具有良好的悬浮稳定性、流变性能、降失水性能和抗盐能力,稠化时间易于调节,其工程性能满足超高密度固井作业的需要。     

温度及外加剂对水泥浆流变性的影响

水泥浆流变性与水灰比、水泥颗粒的粒度和形状、水泥化学组分及颗粒表面上组分的相对分布、外加剂种类和加量、试验条件(温度和压力)等众多因素密切相关，因此对特定浆体流变模式及流变规律的确定结果，往往因研究者及实验条件不同而存在差别。以嘉华G级油井水泥为研究对象，以流变学基本原理为基础，以高温高压流变仪获得的流变测试曲线为依据，采用赫切尔—巴尔克莱模式本构关系确立了在不同井温下水泥浆体流变模型，探讨了温度、外加剂等对流变性能的影响规律及其本质，为深井水泥浆体系设计及流变学计算提供了基础。计算及分析结果表明，建立的流变模式及确定的流变参数值具有良好的精度。     

特低密度沸石水泥浆性能

利用天然沸石的吸附、离子交换特性,与减轻材料漂珠相结合,设计出密度为1.30～1.60g/Cm~3的特低密度水泥浆体系。用API试验标准评价了不同温度下,不同密度水泥浆的抗压强度、流变性等性能。试验结果表明,该水泥浆体系具有密度低、水泥石抗压强度高、流变性和稳定性好等特点。该体系适用于低压易漏地层的固井施工。     

耐高温高密度防腐固井水泥浆

深层含酸性气体油气井中,高温、高压含CO₂气体环境易腐蚀水泥石,破坏水泥环密封完整性。为开发具有防腐能力的高温高密度固井水泥浆体系,对水泥浆关键材料进行研究,构建了抗高温高密度防腐水泥浆体系,分析了水泥浆性能和微观形貌。实验结果表明,锰矿粉加重剂能显著提高水泥浆密度,制备的水泥浆体系高温下抗腐蚀能力较好;研究的降失水剂JS18L、缓凝剂H16L在高温下能降低水泥浆失水量,调节稠化时间。将无机复合防腐剂NAM-H、聚合物防腐剂SZ-M2结合使用,作为防腐材料可增强水泥石防腐性能。使用研究的添加剂材料构建密度为1.90～2.20 g/cm3的抗高温高密度防腐水泥浆,水泥浆体系流变性好,稳定性高,失水量小于50 mL,稠化时间在3～5 h可调,满足固井作业要求。高密度水泥石高温下力学性能稳定,防腐能力强,水泥石腐蚀30 d的抗压强度衰退率在25%以内,腐蚀深度小于1.5 mm。该研究成果可为高温高压酸性气井以及二氧化碳地质封存井固井作业提供技术支持。      

紧密堆积水泥浆体系的堆积率计算

紧密堆积水泥浆体系在油气井固井中应用越来越广泛，衡量其紧密堆积程度的主要参数是堆积率（PVF）。通过对颗粒堆积的理论推导，分析了颗粒之间堆积的组合形式，从粒径分析角度对堆积率进行了理论计算，为设计高性能紧密堆积水泥浆体系提供了理论指导和参考。计算分析结果表明：采用单一颗粒不能达到紧密堆积；适当增加粗粒组分的数目，可提高堆积率，使它接近最紧密堆积，但当组分大于3时，实际意义不大。