水泥浆性能对声波水泥胶结测井结果的影响

基于声波水泥胶结测井评价解释结果受被测介质声阻抗的影响，采用超声波测试方法探讨了常规水泥浆性能及其对水泥石声阻抗特性的影响规律。实验发现，不稳定的水泥浆体系，因固相颗粒沉降堆积、水泥浆水化不充分及凝固后体积收缩，严重影响了水泥环的层间封隔质量，但因其堆积后水泥石声阻抗值增加，声波水泥胶结测井时首波幅度降低，测井解释结果却较好。此外，空心漂珠低密度水泥石声阻抗值明显低于常规密度水泥石声阻抗值，固井后CBL首波幅度明显高于用常规密度水泥固井后测得的CBL首波幅度，常导致固井评价解释结果偏离实际封隔情况。研究结果表明，在评价固井质量时，应充分考虑水泥浆混合材质特性及水泥浆沉降稳定性对水泥石声阻抗的影响，以真实、合理地反映水泥环层间封隔质量。     

低密度水泥浆固井质量评价刻度试验研究

为了对低密度水泥浆固井质量进行评价,建造了低密度水泥浆固井质量模型。通过模拟试验研究了水泥浆固结硬化为水泥石的一段时间内,其声波速度、声阻抗及抗压强度、剪切力等参数的变化规律。试验表明,水泥浆中使用了添加剂后,水泥固结时间延长;水泥石的剪切力和抗压强度随水泥浆凝固时间增加而增加。低密度水泥石的抗压强度和剪切力更小,使用低密度水泥浆固井时要求层间封隔的距离比常规水泥浆固井要长才能起到封固作用。进行了低密度水泥浆固井第Ⅰ界面固井评价刻度试验,采用声幅相对值法和胶结比法得到第Ⅰ界面固井质量评价标准。该试验结果为正确评价低密度水泥浆固井质量提供了依据。     

低密度水泥浆固井质量评价方法探讨

随着低密度水泥浆固井技术的广泛应用,现有固井质量评价标准已经不能满足要求,因此有必要在充分研究各影响因素的基础上对现有固井质量评价方法进行修正。通过分析井下声场,建立了套管井井下声场模型,结合各因素对水泥石声学特性的影响及固井质量评价标准的制订依据,提出了固井质量评价标准改进方法,并给出了改进条件下固井质量评价标准的操作步骤。通过对比改进条件下与常规条件下的测井响应差异,得到改进后的固井质量测井评价指标。拟合了不同密度下声幅幅值的函数方程,且各方程相关系数均大于0.93。对比拟合方程线性系数发现,微硅低密度水泥浆体系的拟合系数大于漂珠微硅复合低密度水泥浆体系,拟合系数最小的为粉煤灰低密度水泥浆体系;候凝达48 h时,声幅上限各系数分别为20.74,19.15和18.82,声幅下限各系数分别为20.85,14.81和12.96。各低密度水泥浆体系的固井质量评价指标均随密度增大而减小,且具有很强的线性相关性,改进后的评价标准能根据水泥浆种类及其密度值准确地计算出评价指标,该方法对固井质量评价标准的改进具有很强的指导意义。      

一种低温早强低密度水泥浆

低温下,常规低密度水泥浆体系早期强度发展缓慢,水泥石胶结能力差,影响了水泥环封固质量,浅层易漏井固井质量问题日益突出,为此,进行低温早强低密度水泥浆体系研究。根据紧密堆积理论及综合室内实验研究,研制了密度为1.30~1.50 g/cm3的低温早强低密度水泥浆体系,主要优选了超细胶凝材料和锂盐复合早强剂,增加了低密度水泥石的致密性,提高了低密度水泥石的早期强度,25℃凝结时间为13 h,24 h抗压强度为10.2 MPa。该体系具有低温早期强度高,凝结时间短,稳定性好等优点。在大庆油田现场成功应用2口井,固井质量合格率100%,取得良好的应用效果。      

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。      

一种低成本低密度水泥浆体系的室内研究

开发低成本固井水泥浆体系对于油气勘探低成本战略具有重要意义。文章开发了一种新型低成本低密度减轻材料,按照紧密堆积原理,辅以其它外掺料,研制了一种新型复合减轻增强材料,配制出密度为1.35~1.50g/cm³的低成本低密度水泥浆体系,并对水泥浆性能进行了实验评价。评价结果表明,该体系水泥浆具有浆体稳定、失水低、流变性好、稠化性能满足施工要求、水泥石早期强度较高等优点,70℃条件下,低密度水泥石24h抗压强度大于9MPa,48h强度可达14MPa以上。与漂珠低密度水泥浆相比,该水泥浆成本降低约40%,经济效益显著。该水泥浆体系性能满足非目的层技术套管固井施工要求,具有良好的应用前景。     

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随着勘探领域不断向深部油气藏拓展，固井遭遇的复杂井越来越多。为了进一步加强粉煤灰低密度水泥浆体系在低压易漏复杂地层固井中的应用，经过大量室内研究，开发出以海泡石为主要成分的新一代稳定剂SSD，碱性有机物质类早强激活剂TSN，室内评价了它们在粉煤灰水泥浆体系中的性能，配制出密度可在1.30~1.45 g/cm3之间可调的粉煤灰复合低密度水泥浆体系。实验结果表明，该水泥浆体系的流动性好、析水率小、失水可控、稠化时间可调，水泥浆凝结后的水泥石不但抗压强度高，而且还具有一定的体积膨胀率，能完全适用低压易漏地层固井的要求，并保证水泥环与地层、套管间的良好胶结，提高固井质量。另外，粉煤灰、微硅使水泥石具有良好的抗腐蚀能力，海泡石、微硅等使水泥浆具有一定的触变性，这说明该水泥浆体系能兼有多种特性，是一种能满足复杂井固井需要的低密度水泥浆体系。     

优质高强低密度水泥浆体系的设计与应用

低压易漏地区的油气勘探开发对固井水泥浆密度提出了更高的要求,而常用的低密度水泥浆体系在更低的密度条件下已不能满足固井施工的基本要求.通过采用颗粒级配原理,优化低密度混合物中颗粒的粒度分布,提高体系的密实程度,使低密度水泥浆体系的强度和其它性能大幅度提高.依此原理设计的漂珠微硅低密度水泥浆体系性能如下:①密度范围为1.24～1.32 g/cm3;②密度为1.24 g/cm3时,50℃、24 h抗压强度达到14MPa,75℃强度超过16 MPa密度为1.29 g/em3时,50℃、24 h强度达到14 MPa,75℃强度超过17 MPa;③具有良好的流变性,较短的稠化过渡时间;④静胶凝强度发展形态较好,从48 Pa到240 Pa的过渡时间均小于20 min;⑤API失水量小;⑥超低密度水泥体系的强度已达到常规密度水泥体系的标准,其强度以及综合指标已远远超过普通低密度水泥浆体系.现场应用20多井次,取得了良好的效果.     

海上增韧防窜固井水泥浆体系研究及应用

针对海上高压低孔渗油气田固井注水泥候凝时气窜、储层压裂后水泥环破裂等问题,经数值模拟分析压裂作业所需水泥石的性能参数,通过加入胶乳、纤维和膨胀剂等材料,降低弹性模量,增加抗拉强度,达到防收缩防产生间隙的目的,研制了海上增韧防窜固井水泥浆体系。室内评价结果表明,该水泥浆体系的密度为1.65~1.85 g/cm3,API失水量小于50 m L;稠化时间在3~6 h可调;游离液为0,具有良好的施工性能,满足作业要求。水泥石24 h抗压强度大于14 MPa;杨氏模量为3~5 GPa;泊松比为0.13~0.20,满足了压裂对水泥石韧性的要求。该体系弹性模量较常规水泥石降低了约50%,抗拉强度提高了10%左右,增韧防窜性能优良。该体系在东海多口井现场应用,固井质量优良,满足了防气窜和压裂作业的需要。     

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。      

超低密度水泥固井质量评价方法

为了准确评价超低密度水泥浆固井质量,采用室内试验方法,研究了养护时间、温度和密度等参数对超低密度水泥石强度和声学特性的影响规律,拟合得到不同密度水泥石抗压强度与纵波、横波声速之间的关系方程;结合套管井井下声场分析结果,构建了基于抗压强度的超低密度水泥测井评价相对声幅改进算法,并建立了基于抗压强度的相对声幅校核图版.验证...     

水泥抗压强度与养护条件及声阻抗间关系的实验研究

按国家标准浇铸油井水泥试块,在不同养护条件下测定其声阻抗及抗压强度。实验表明水泥试块的抗压强度主要取决于水/灰比及养护时间,而与养护温度及压力关系不大。给出了适用于我国固井条件的水泥抗压强度与声阻抗关系的经验公式。     

膨胀剂SEP—Ⅱ在油井水泥中的应用研究

本文阐述了膨胀剂在油井水泥中的室内试验及应用情况，试验结果表明，在基础水泥中掺入一定量的膨胀剂后，能有效地提高水泥石的抗压强度，提高水泥环与地层、地层与套管间的胶结，提高固井质量，其综合性能满足油气层套管固井要求。     

靖南区块漏失井固井工艺研究

为了提高苏里格气田靖南区块漏失井填充段固井质量,考察了不同堵漏剂对水泥浆性能的影响,研制了一套适合该区块的轻珠堵漏水泥浆体系。首先优选出植物颗粒（A）、纤维混合物QD-2和复合纤维DF-NIN堵漏剂,并通过正交实验可知,3种堵漏剂的质量分数分别按照2%、2%和3%复配堵漏效果最好,水泥石的抗压强度为7.6 MPa。通过堵漏性能评价可知,水泥浆的漏失量大幅度降低,且基本性能均满足固井质量要求。通过对该区块地质特征进行调研,制定出一套新的固井工艺技术,该工艺技术在靖南区块试验8井次,其一界面固井质量合格率均在95%以上,二界面固井质量合格率均在99%以上。这说明轻珠堵漏水泥浆体系及漏失井固井工艺能大幅提升填充段固井质量,最大程度地满足漏失井全井段封固质量的要求。      

水平井水泥石力学性能的实验评价

为了提高水平井固井质量,需要对水平井水泥石进行科学而准确的评价,从而为有效改善水平井水泥浆性能提供更加可靠的理论依据。通过模拟水平井实际环境条件,对水平井固井常用的两种水泥浆体系进行了性能测试评价,得出其常规性能（析水、流动度、稠化时间等）虽满足固井施工要求,但水平段水泥环的水泥石力学性能表现出整体非均匀性的认识：水泥石胶结强度及弹性模量上部分较下部分小;水泥石泊松比上部分较下部分大,下部分水泥石的弹塑性形变能力较上部分弱;扫描电镜清楚观察到水平段水泥环的上部分疏松多孔,针状物质为纤维,下部分致密、严实。该实验成果为有效解决水平井固井质量问题提供了科学依据。     

油气井固井水泥混浆段声学特性分析

套管、水泥环、地层3介质的声学特性是影响声波水泥胶结测井结果的关键因素。井下水泥环形成后,分为纯水泥段和水泥浆与隔离液或钻井液的混浆段。以油气井水泥混浆段为主要研究对象,提出利用超声波测试与孔隙度测试等为实验手段,分析了混浆段的声学特性及其形成机理。结果表明:水泥浆含量越低,混浆段凝固时间越长,抗压强度值越小,孔隙度越高,声阻抗值越小,从而CBL声幅曲线值越高;相同测试条件下,相同体积比的水泥浆与钻井液混浆水泥石的孔隙度高于水泥浆与隔离液混浆水泥石的孔隙度,这是前者声速值低于后者声速值的本质因素之一;GYW201隔离液除能更好地改善第一界面与第二界面实际固井质量外,还能得到更好的CBL声幅曲线,具有较好的工程应用前景;掌握混浆段凝固特性、强度特性、声学特性可对工程测井时间的确定和CBL声幅曲线的水泥环声阻抗校正以及固井质量的精细评价提供参考。     

巨厚盐膏层固井用过饱和氯化钾水泥浆

为提高巨厚盐膏层固井质量,解决固井过程中的盐溶问题,提出利用过饱和氯化钾溶液（相当于38%盐浓度氯化钾溶液）配制水泥浆,通过优选抗盐降失水剂CG80S、增强防窜剂GS12L以及非渗透剂BX-80等材料,构建了一套过饱和氯化钾水泥浆体系。室内对过饱和氯化钾水泥浆体系的物理性能、抗污染性能以及界面胶结性能进行了评价研究。实验结果表明,过饱和氯化钾固井水泥浆体系稠化时间以及失水量可控;68℃、24 h养护抗压强度大于15 MPa,混入5%的石膏、芒硝或页岩岩屑均不会对水泥浆的性能产生较大的影响,界面胶结实验显示该水泥浆能够显著提高水泥浆与盐岩地层的胶结质量,能够保障巨厚盐膏层一、二界面的胶结质量。      

纤维水泥抗压强度模型

随着各油气田逐渐进入中后期开发阶段，地层情况日益复杂，诸多开发措施被广泛采用，提高中后期油气井的固井质量是目前固井工程所面临的突出问题，也是提高油气井寿命、稳产高产的重要措施。同时油气田各种增产措施不断采用，尤其是酸化压裂技术的实施，极易引起水泥石的断裂，造成“二次窜流”现象时有发生。解决这一问题的关键在于提高水泥石强度。为此，以水泥石单轴应力图分析为基础，利用细观力学理论和能量守恒的原理，建立了顺向纤维增强水泥的抗压强度模型；同时考虑短切乱向纤维效能系数的影响，建立了短切乱向纤维增强水泥抗压强度模型。实验表明，水泥石抗压强度随着纤维加量和纤维长径比的增加先增大后降低，与理论模型的规律一致，证明了所建模型的正确性。     

巴彦河套盆地复杂储层固井技术

巴彦河套盆地储层低成熟度、高渗透、低强度、高泥质含量特性显著,井壁岩性水敏性强,地层不稳定而易垮易漏,固井面临井深、封固段长、顶替效率低、界面胶结差和后期压裂对水泥环力学性能要求高等技术难题,采用界面增强材料DRJ-2S、膨胀增韧材料DRE-4S等固井关键材料,形成了综合性能良好的DRJ-2S批混批注固壁型冲洗隔离液和DRE高强度韧性微膨胀水泥浆体系。研究表明,DRJ-2S批混批注固壁型冲洗隔离液的冲洗效率达96%以上,较清水提高30%以上,且密度为1.60 g/cm3隔离液的7 d抗压强度为9.6 MPa,可明显提高混合流体抗压强度及水泥环界面胶结强度;90℃、21 MPa下,掺有（4%～6%）DRE-4S的高强度韧性微膨胀水泥浆的抗压强度不小于24 MPa,弹性模量不大于7 GPa,线性膨胀率不小于0.02%,具有较强的力学交变适应性。DRE高强度韧性微膨胀水泥浆体系、DRJ-2S批混批注固壁型冲洗隔离液及配套固井工艺技术在巴彦河套盆地规模应用40多井次,平均固井合格率为96.5%以上,推动了该地区整体固井质量大幅提升,为复杂油气井安全高效开发提供了强有力的技术保障,且具有很好的推...