提高苏丹6区固井质量的柔性水泥浆固井技术

苏丹6区位于苏丹共和国西南部,该区244.5 mm套管固井水泥封固井段包括主力产层,采用常规水泥浆体系固井后,电测水泥环胶结质量均不理想。完钻后,套管试压过程中产生的套管变形,以及继续钻井过程中钻柱和钻头对套管的撞击作用对井壁与套管间水泥环的破坏加大了对固井界面胶结的不良影响,甚至造成水泥环层间封隔失效。为此,在244.5 mm套管固井中引入了一套新的柔性水泥浆体系。该水泥浆体系中混有2%的膨胀剂和2%~3%的增韧剂。膨胀剂中的有效组分在水泥水化过程中促进水泥晶体的晶型变化和体积增加,以补偿水泥水合硬化时产生的体积内收缩,从而有效地消除了水泥石固结过程中产生的微间隙,增韧剂显著提高了水泥石的韧性和抗冲击性,实现了苏丹6区244.5 mm中间套管环空的良好封固,提高了界面的胶结质量。     

水泥环径向膨胀收缩实验研究

固井水泥环径向膨胀收缩特性是影响固井界面胶结质量的关键因素之一。围绕水泥环在实际工况下膨胀收缩特性测试的技术难题，通过对测试仪釜体的升级改造，使测试仪不仅具备了传统方法测试水泥石轴向膨胀收缩的能力，而且具备了水泥环径向膨胀收缩的测试能力。应用固井水泥环径向膨胀收缩评价装置和评价方法，对川渝地区在用的韧性防窜水泥浆体系和柔性自应力水泥浆体系的膨胀收缩特性进行评价，找出了水泥浆体系的体积变化特性。同时，在不同温度压力下，对水泥浆的膨胀收缩临界点测试，为不同井段的水泥浆设计时的体系选用提供了重要的实验依据，为保障川渝油气田固井质量提供参考。      

新型膨胀剂在胶乳水泥浆体系中的应用

油井水泥固有的收缩特性是造成水泥环-地层、水泥环-套管间胶结质量不理想而诱发气窜的原因之一。在分析油井水泥膨胀剂作用机理的基础上,通过试验研制出了新型膨胀剂PZ-3S,该膨胀剂能有效降低水泥浆的凝结收缩率和提高水泥石的界面胶结强度,改善固井水泥环与套管和地层胶结界面的胶结质量,防止界面窜流,且有助于水泥石抗压强度的提高。同时,验证了该膨胀剂与胶乳水泥浆体系具有良好的相容性,对胶乳水泥浆体系的综合性能(如失水、稠化时间、自由水、流变性等)无不良影响。现场应用表明,膨胀剂PZ-3S加入胶乳水泥浆体系后能有效提高水泥石的抗压强度和胶结强度,能减少微环隙产生的可能性和提高胶孔水泥浆体系的防窜性能。     

固井微环空成因研究进展及解决方法

现场实践表明,固井后初期封固系统层间封隔性能良好,随后也会出现封固失效问题,分析其原因之一是固井微环空问题。文章就固井微环空问题,给出了固井微环空的广泛定义 认为微环空主要出现在固井一、二界面,水泥石体积收缩、温度变化、压力变化、工程因素等导致一界面微环空出现,滤饼存在和水泥石体积收缩等因素是导致二界面微环空出现的原因 并回顾了前人对微环空理论的研究及国内外微环空解决技术 提出通过加强对微环空形成机理研究、水泥浆体系优化、微环空自封堵水泥技术开发、相关配套工具和措施的应用来防止微环空出现或封堵微环空,为微环空问题研究及其解决指明了方向。     

JY页岩气田水平井预防环空带压固井技术

随着页岩气大规模开发,针对提高页岩气水平井固井质量的研究逐渐增多,但同期页岩气井环空带压情况并未缓解,对页岩气田的安全生产提出了严峻挑战。为解决页岩气井环空带压难题,建立了水泥环密封完整性评价装置,针对JY页岩气田开展了水泥环密封完整性影响因素分析,并相应形成了预防环空带压固井技术。研究认为水泥石胶结差和体积收缩导致早期环空带压,而分段压裂及生产参数变化对水泥石胶结和本体的破坏是页岩气井环空带压的最主要原因。预防环空带压固井技术在JY页岩气田进行了推广应用,压裂投产后带压井比例下降了82%,有效解决了页岩气井环空带压难题,提高了页岩气井水泥环长期密封完整性,保障了页岩气田安全开发。     

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。     

微膨胀水泥浆在涠洲11-1N区块固井中的应用

涠洲11-1N区块油水层相距较近,隔层薄,固井时要完全封住水层、油层和油水层之间的隔层.采用以非渗透降失水剂为主、膨胀剂为辅组成的微膨胀水泥浆体系固井,该水泥浆气侵阻力大,能有效防止水泥石孔隙窜槽,同时能有效消除因水泥凝固后体积收缩造成的微环空间隙,增强水泥石的强度,提高水泥环与套管和井壁两个界面的胶结质量.现场应用表明,微膨胀水泥浆适用于井底静止温度低于120 ℃的固井作业,凝固后具有气侵阻力大和微膨胀特性,能有效封隔油气水层;清洗液 稠隔离液 清洗液 紊流清扫水泥浆组成的前置液能有效提高钻井液顶替效率,取得了固井质量SBT电测结果优良的效果.     

一种低温油井水泥膨胀剂的研究和应用

水泥浆硬化后环空水泥石的体积收缩会形成微缝隙导致层间窜流，严重影响界面的胶结质量。为了有效解决窜流问题，研制了新型膨胀剂BCP-200S。该膨胀剂可以抵消水泥硬化后的体积收缩，改善界面胶结性能，同时通过改善水泥石内孔结构降低水泥石渗透率。该膨胀剂还对水泥浆的其它性能没有不良影响，对水泥石强度也具有一定的改善作用。     

油井水泥膨胀剂研究(Ⅰ)--水泥浆体的收缩与危害

水泥浆体的体积收缩使水泥环的胶结质量不能保证,严重时还可能形成微间隙,引发地层流体窜流;高滤失使得水泥浆在施工过程中发生脱水桥堵和失水收缩,水泥浆滤液进入油气层孔隙后,与地层内流体不配伍造成油气层污染.综合分析了油井水泥浆体在不同条件下的收缩特性、评价方法及其影响因素,讨论了固井作业中发生地下流体窜槽的原因和危害.分析结果表明:油井水泥浆体固有的体积收缩是造成窜槽事故的根本原因.要从根本上解决固井后的窜槽问题和提高井下水泥环二界面胶结质量,必须首先解决水泥浆的体积收缩问题.     

纤维水泥改善固井质量研究

随着钻井地质条件的日趋复杂,钻井新技术不断发展,对固井技术的要求日益提高,同时固井质量问题也越来越突出。进行了固井质量的影响因素分析,提出了提高固井质量的措施,并针对性地进行了纤维水泥浆体系研究,分析了纤维改善固井质量的机理。研究结果表明,随着纤维产量的增加,水泥石的体积收缩率减少,最大相对体积收缩率下降了38.3%;纤维的加入可以有效地提高水泥石的界面胶结强度,且存在最佳掺量。本试验条件下,纤维的最佳掺量为0.05%~0.075%。     

胶乳水泥浆的室内研究及应用

为了有效提高水平井水泥环胶结强度,提高固井质量,通过对现有胶乳添加剂的改善和优选,开发出一种新型胶乳水泥浆体系。对该体系的失水控制、防漏失性能、流变性、稳定性、稠化时间及水泥石力学性能进行了室内实验。实验表明,胶乳水泥浆具有良好的流变性和较高的沉降稳定性,能有效控制失水、防止环空窜流;水泥石的渗透率低、弹性及抗拉强度高、抗冲击能力强;能有效提高第一界面和第二界面的胶结强度,延长水平井寿命。     

固井用隔离液材料对界面胶结质量的影响

优良的固井界面胶结质量是防止环空气窜的关键性保障之一。围绕固井用隔离液研究存在的诸多技术难题,利用X衍射和扫描电镜测试等方法,开展了矿渣、重晶石等不同固相材料形成的隔离液对固井界面胶结质量的影响评价,并从界面胶结机理的角度,对不同材料影响的实质进行了分析。结果表明:含有矿渣类水硬性材料的前置液与钻井液的相容性良好,提高了固井二界面的胶结强度,而含有重晶石等惰性材料的前置液对界面胶结强度的提高作用不明显;含有矿渣类水硬性材料的前置液能够显著地抑制被前置液污染后水泥石抗压强度的衰退;在界面处矿渣类水硬性材料与水泥发生水化反应,降低了界面处氢氧化钙的含量,而且生成胶凝材料填充界面胶结的空隙,从而提高了界面胶结质量。研究结果为川渝油气田固井用隔离液的评价及优选提供了支撑,为固井质量的提高提供了重要参考。     

复杂井固井低密度水泥浆体系性能研究

针对低压易漏地层固井中易漏失、流体窜槽和高浓度盐水对水泥环柱的腐蚀问题，提出以保持低密度水泥浆密度的稳定性为基础，突出水泥浆的触变性和使水泥石体积有一定微膨胀性能为依据的观点。通过改善水泥石的自身防腐蚀性能，研究出一种独特的密度为1.30~1.45 g/cm³的粉煤灰复合低密度水泥浆体系，以此来满足复杂井低密度固井的需要。室内评价了该粉煤灰复合低密度水泥浆体系的密度稳定性、触变性、界面胶结强度、防腐蚀性能。结果表明，该水泥浆体系不仅具有非常好的密度稳定性和良好的触变性，而且水泥石的体积有一定量的膨胀能提高界面胶结强度和水泥石较强的耐一定浓度盐水的腐蚀的性能，从而可将腐蚀介质对套管的腐蚀转化为对水泥石的腐蚀，延长套管和油气井的使用寿命。     

不同密度水泥石和微环尺寸情况下的套管波特征

利用声波变密度测井评价固井质量时,掌握不同情况下套管波的特征有助于套管波的分析和剔除,提高固井质量评价的精度。利用实轴积分法模拟分析了不同密度水泥石、不同微环尺寸情况下的套管波时域和频谱特征。结果表明:对于正常密度水泥石,第一、二界面完全胶结时,无套管波;第一界面存在不同尺寸微环时,套管波出现且套管波频率相同,但幅度差别不大。对于低密度水泥石,第一、二界面完全胶结时,出现较小幅度套管波,且水泥石密度越低,套管波幅度越大;第一界面存在不同尺寸微环时,套管波出现且各套管波频率相同,但幅度差别不大。对于同一套管,不同密度水泥石、不同微环尺寸情况下套管波具有相同的频率。      

低密度水泥固井质量评价方法的改进

为了防止低压易漏地层发生固井液漏失并有效保护油气层,固井过程中经常采用低密度水泥浆体系。由于低密度水泥浆体系中密度减轻剂的使用,其水泥环的声阻抗值较之常规密度水泥环的声阻抗存在差异,若采用常规密度水泥的固井质量评价标准来评价低密度水泥浆体系的固井质量,则其真实可靠性存在问题。为此,进行了3种常用低密度水泥浆体系的水泥石抗压强度与声阻抗实验,分别测定了水泥石养护时间24 h和48 h的抗压强度和声阻抗值。结果表明,不同类型不同密度的低密度水泥石24 h和48 h条件下的抗压强度与声阻抗具有良好的线性关系,由此得出了考虑第一界面胶结良好时,基于抗压强度的低密度水泥浆体系套管波声幅值计算公式,进而提出了基于低密度水泥石抗压强度的低密度固井质量评价的改进方法,为全面改进低密度水泥浆体系固井质量评价标准奠定了基础。     

论固井二界面封固系统及其重要性

固井二界面问题是一个亟待解决的工程难题.阐述了固井二界面封固系统的概念,分析了各系统组分对固井二界面封固系统的作用或影响,建立了系统的状态变化模型和动态破坏模型;并且从油田开采和防止气窜两个角度,剖析了固井二界面封固系统失效的危害性,阐释了解决固井二界面问题的重要性.固井二界面封固系统是指由水泥浆、死泥浆、滤饼和地层壁面四部分构成的一个固化胶结整体;通常地层流体只有破坏了滤饼才能产生水泥石(环)被破坏的情况,导致环空封固不良而引发诸多质量问题.其重要性主要表现在:一口井的产能主要取决于层间封隔程度,而层间封隔程度又主要取决于固井界面的密封程度和水泥环本体的密实程度;此外,固井二界面封固系统的胶结质量问题是环空气窜的根本原因,因为尽管环空静液压力大于地层孔隙压力,但因井筒热力变化或压力波动形成的界面微裂隙和滤饼或死泥浆形成的旁通渠道或微窜槽,仍会给被圈闭于地层的气体创造窜流路径.提出,固井二界面问题的研究和解决必须要从系统的角度出发,采用类似储层保护的技术和方法,才能实现固井二界面封固系统的整体固化胶结.否则,这一难题还将会长期伴随固井界.     

低温胶乳盐水水泥浆体系研究与应用

针对浅层盐穴储气库井固井中存在的强度发展缓慢、水泥石韧性差等问题,开发了适用于浅层盐穴储气库井固井的低温胶乳盐水水泥浆体系.室内实验研究表明,该体系具有稳定性好、失水量低、水泥浆稠化时间可调、水泥石力学性能优良等特点,并且胶乳增强了水泥石的弹性形变能力,使水泥石韧性增强,有助于提高水泥石抗冲击破坏的能力.胶乳盐水水泥浆体系综合性能良好,能改善第一、二界面胶结,提高浅层盐穴储气库井固井质量.并成功应用于安宁盐穴储气库安资2井.     

预应力固井技术研究及现场应用

随着油气勘探开发转向深部地层,固井面临井下地质情况复杂、温度高、温差大、压力高、多压力系统、高含硫和膏盐层等固井难题。固井中除了应用新型水泥浆体系、固井工具等技术措施外,还可从水泥石和套管金属的材料力学性质出发,利用水泥浆候凝期间静压与强度的关系和不同套管内压下与水泥石微间隙之间的关系,运用预应力固井技术,即采用大压差和环空憋压候凝增加水泥石早期强度、降低孔隙度,降低或减弱套管的伸缩扩张带来的微间隙,提高一、二界面固井胶结质量。试验表明,所采取的预应力固井技术措施行之有效,能够显著提高固井质量,能够满足后续增产作业的要求。     

考虑多因素的固井二界面胶结抗拉强度室内评价方法

受井壁表面粗糙度、钻井液残留和温压扰动等因素的影响，固井二界面是整个环空封隔的最薄弱环节，且极易发生张拉破坏导致环空密封失效，但已有的评价方法只能获得固井二界面的胶结剪切强度，不能很好地评价固井二界面抗拉破裂性能。为此，考虑岩性、界面粗糙度、钻井液残留、冲洗液清洗和水泥浆等主要因素，建立了一种固井二界面胶结抗拉强度室内评价方法，从冲洗效率、胶结细观结构、抗拉强度、破裂形貌等多个维度对固井二界面胶结抗拉性能进行了系统评价。研究结果表明，该评价方法科学合理、步骤清晰、简单适用、试验结果离散性小，不同因素下测试结果区分度好，进一步完善了固井二界面胶结强度评价方法，具有较高的推广应用价值。     

LPS多元硅钻井液提高二界面胶结强度的研究

针对大庆油田三次加密区多压力层系薄油层，差油层的二界面固井质量问题，通过对井壁围岩，泥饼，水泥石的物理和化学结构，组成和成分的分析，研制了一种多元硅界面增强剂LPS。LPS主要由硅醇，低分子量聚合物，有机成膜剂组成。以LPS为主要处理剂研制出一种新型钻井液体系，研究结果表明，LPS多元硅钻井液体系具有液变必合理，抑制剂强，油气层保护性好，能够提高水泥环－泥饼－地层的胶结能力等优点，经5口三次加密调整井的现场试验证明，LPS多元硅钻井液对井壁有较好的稳定作用，在一定程度，有效地提高了二界面胶结强度，利于提高二界面固井质量；钻井液性能优良，保护油气层效果好，井径扩大率较小，满足大庆油田加密调整井钻井要求。