自修复水泥浆技术在渤海浅层气固井中的应用

在钻井作业过程中,如果发生浅层气井喷,将带来较为严重的结果,尤其在海上钻井作业中,井喷严重时会造成地表处的碗形塌陷,船只和平台损失等。渤海25-1B平台浅部区域存在气层,为保证固井质量,实现浅层气的有效封固,通过自修复水泥浆体系的选择、优化水泥浆柱设计,工程应用中固井前、固井中以及固井后确保压稳系数、精准水泥浆附加量计算和失水控制,有效实现B2井的浅层气段固井作业。     

川西水平井水泥浆防气窜评价方法

为解决水平井开发中油层套管固井质量差的实际难题,从水泥浆防气窜性能设计入手,通过室内实验分析了不同体系水泥浆性能对气窜的影响,评价了各种常用防气窜评价方法的适应性;结合水平井井眼轨迹特点,形成了水平井水泥浆防气窜性能多因素评价方法,即在自由水为0和滤失量小于50 mL条件下修正了水泥浆性能系数（SPNx值）和阻力系数（Ax值）评价方法,并成功应用于川西某口中浅层水平井固井中,为以后川西水平井固井水泥浆防气窜性能设计提供了理论指导。     

深水油气井浅层固井水泥浆性能研究

针对深水油气井浅层固井存在的逆向温度场,对水泥浆在低温下的稠化时间、抗压强度和流变性能进行了分析,结果显示:在低温下水泥浆的稠化时间明显延长,抗压强度发展缓慢,流变性能变差。因此,针对深水固井试验中温度模拟方法与陆地固井的不同,介绍了深水固井循环温度和静止温度的确定方法,设计了可以用来测试深水固井水泥浆性能的稠化试验装置及静胶凝试验装置。同时设计了不同密度的深水固井水泥浆配方,并对其性能进行了测试,结果表明,所设计的不同密度深水固井水泥浆,在低温条件下早期强度发展快（4 MPa/16h）,流变性好,防气窜能力强,沉降稳定性能好,能满足深水表层套管固井的需要。      

复杂深井固井技术综合应用研究

综合分析了西部地区深井、超深井固井难题,提出了相应的水泥浆体系与固井工艺技术。针对川东北海相酸性气藏固井难题,优选了性能优良的高温防腐防气窜胶乳水泥浆体系,并利用分段气窜模型预测地层压稳状态,指导防气窜固井设计;利用紧密堆积理论,优选综合性能良好、可满足超高压地层固井施工要求的超高密度水泥浆体系,并在官深1井成功应用,最高密度达2.82 g/cm3,创国内水泥浆入井最高记录;研制筛选了性能优良的低密度水泥浆体系,解决了深井漏失的难题,针对普光气田二开一次封固段长、地层承压能力低难题,采用正注反挤固井工艺取得了良好效果。     

江苏金坛盐穴储气库井低含盐水泥浆固井技术

盐岩地层对水泥浆失水、稠化时间、抗压强度等性能有重要影响,因此浅层盐穴储气库固井常使用含盐水泥浆,但存在水泥浆超缓凝、强度低的问题,且没有理想的抗盐促凝提强外加剂。在分析水泥浆抗盐规律的基础上优化盐水浓度,降低负面效应,突出提强能力,利用超细增强材料与其它固相材料的紧密堆积促凝提强,制备了低含盐增强水泥浆体系,并开发了配套施工工艺。利用该技术成功实施了10口浅层盐穴储气库井固井,优质率井段在80%以上。目前该技术已推广到湖北云应、河南平顶山和湖南衡阳等地的盐穴储气库井固井中,质量稳定,应用前景广阔。     

大庆油田南二区防漏堵漏水泥浆技术

在固井过程中发生井漏将导致水泥浆返高不够、漏封目的层,导致固井作业失败.因此,为提高水泥浆防漏堵漏性能,研究了防漏堵漏水泥浆,并分析了其作用机理.利用API失水仪及DL型堵漏材料实验装置,进行了防漏堵漏水泥浆封堵渗透型漏失和裂缝型漏失的评价实验.实验结果表明,由多种材料复合而成的防漏堵漏水泥浆能够成功封堵渗透型漏失和裂缝型漏失.此外,防漏堵漏水泥浆进行了4口井现场试验,固井时无漏失情况发生,固井优质率为75％,合格率为100％.     

固井自修复水泥浆技术难点分析与对策

固井水泥环的力学性能决定其层间封隔能力,进而影响油气开采。自修复水泥浆是解决水泥环在井下易脆性破坏问题的一项新技术,自修复水泥浆可在水泥环出现微裂缝、微环隙时自愈合微裂缝,修复水泥环密封完整性,对保证气井和储气库井井筒完整性有重要意义。但现有自修复水泥浆技术水平还有待提高,为促进其发展,在总结国内外研究现状基础上,分析自修复水泥浆技术的难点主要有:自修复水泥浆的应用时间较短,自修复材料在井下工况的耐久性还有待观察;缺乏业界公认的自修复能力评价方法;随着油气勘探向深层-超深层的拓展,自修复材料需适应高温、高压、高含硫工况要求;固井自修复作用机理及自修复模型的研究还需深入。提出以下技术对策:建立一套科学合理的水泥浆自修复性能评价方法;借鉴混凝土及其他材料领域的自修复技术,结合井下工况,研发适应高温、高压、高含硫要求的自修复材料;立项开展固井自修复作用机理及自修复模型研究。     

多功能油井水泥外加剂J-2B的研究与应用

多功能油井水泥外加剂J-2B具有降低浅失量、防窜、弱触变性、微膨胀等性能,与膨润土复配使用可提高水泥浆的触变性能,与硅粉复配使用可提高水泥浆的抗高温性能。使用J-2B处理剂的水泥浆(需要时同时加入膨润土或硅粉)在浅层气井、稠油热采井、救援井、调整井中的固井应用结果表明,J-2B能在各种井况下的固井中提高封固质量。     

超低密度水泥浆体系设计和研究

欠平衡钻井的发展和某些低破裂压力地层要求固井水泥浆密度低于1.20 g/cm^3,有些甚至要求水泥浆密度低于1.00 g/cm^3。为此,引入了超低密度水泥浆的概念;分析了所使用的减轻材料选择依据,提出超低密度水泥浆设计原理,超低密度水泥浆密度可达0.96 g/cm^3;讨论了超低密度水泥浆稳定性、失水、强度等性能,并对超低密度水泥浆的综合性能进行了试验,结果表明其综合性能优良,可以满足各种固井工程的应用要求。     

低温浅层油气井固井技术

低温浅层油气井固井易发生窜槽。针对这一问题研究了低温膨胀剂和低温促凝剂，筛选出了低温膨胀剂G502-ⅡB和低温促凝剂CN-2。低温膨胀剂G502-ⅡB初始稠度低，水泥浆流变性能好。早期抗压强度高；使用低温促凝剂CN-2，水泥浆稠化时间短，初始稠度低，促凝效果好。配合一定的固井工艺技术措施。如使用扶正器、控制施工排量达到塞流顶替、用前置液清洗钻井液、采用两凝水泥浆及膨胀水泥浆确保两界面胶结质量等，低温水泥浆体系可解决低温浅层油气井油气水窜等问题。通过现场124口井的应用表明．固井一次成功率为100％。固井合格率为100％，固井优质率为93％，达到了防窜的目的，保证了固井质量。     

新型相变材料对低热水泥浆性能的影响

深水低温天然气水合物地层固井,需要水泥浆体系在水化过程中少发热,尽量降低水合物地层温度上升的程度。因此,针对深水天然气水合物地层固井,研究了一种用于低热水泥浆体系设计的新型相变材料,并研究了相变材料的热存储性能及其对水泥浆体系性能的影响。实验结果表明,新型相变材料相变峰值温度为15.5℃,相变温度在井下低温与常温之间,且相变潜热较大。当相变材料在77.8℃以下时,具有良好的热稳定性,且在0℃～60℃之间经历多次升降温后,相变材料化学结构没有发生变化。随着相变材料加量的增加,水泥浆的流变数据呈现增大的趋势,但加量达到8%时流变性依然满足固井施工要求。此外,新型相变材料可以改善水泥浆体系的稳定性。相变材料对低热水泥浆体系的抗压强度影响不大,加入8%相变材料的水泥石抗压强度也达到8.9 MPa,抗压强度最大下降幅度小于5%。当加入2%、4%、6%、8%相变材料后,水泥浆体系稠化时间比无相变材料水泥浆体系最大缩短约15 min,水泥浆体系72 h水化热较空白水泥浆体系分别下降5.2%、29.1%、35.6%、47.6%。研究结果为天然气水合物层低热水泥浆体系的设计提供了支持与参考。      

固井用防水窜自愈合剂的探索

针对固井后环空窜流遇水问题,笔者开发了防水窜自愈合剂。该防水窜自愈合剂为核壳结构,以高吸水树脂作为核心材料,吸水倍数从尺寸为100 μm开始呈指数增长,30 s内140目的样品吸水量达1898倍,120 s后达到稳定值,约2200倍;120目时吸水量在30 s也可达到892倍左右,120 s达到稳定值约1950倍。通过外部包裹后,其在水中可达到90℃下3 h不吸水的能力。在水泥水化后外壳破坏,其具有吸水自愈合能力。岩心实验表明,90℃下压差为2 MPa条件下防水窜自愈合剂40 min左右可完成裂缝封堵。含4%防水窜自愈合剂的常规密度水泥浆具有良好的流变性能,失水量可控,稠化时间线性正常,抗压强度较高,能够满足浅井固井水泥浆的需求。     

注采井长封固段固井技术的研究与应用

油田区域的长期开采造成了地层下部压力明显低于上部,给注采井固井,特别是长封固段注采井固井带来许多困难.试验研究表明,适应于长封固段的梯度多凝水泥浆是由不同比例的水泥、降失水剂、分散剂、缓凝剂、膨胀剂和消泡剂组成.该水泥浆性能、水泥石强度、封固质量、油层保护方面均远远优于常规固井水泥浆,采用该水泥浆固井技术,提高了固井质量,减少了施工压力.现场应用表明,双级梯度多凝水泥浆固井技术能减少施工压力,防止压漏地层;在长封固段,双级梯度多凝水泥浆可以有效地防止水泥浆在凝结过程中因失重造成的油气窜槽,有效地压稳地层,保证固结质量;可以减少对地层的污染,快速封固好易漏、易塌等复杂地层,实现水泥浆在长封固段的紊流顶替,提高了封固质量.     

深水固井液体减轻低密度水泥浆体系

与传统的表层固井技术不同,深水表层固井由于受到深水环境和现场条件限制,对固井作业提出了新的要求。针对深水表层固井的难点,开发了一种新型液体减轻剂PC-P81L,并以其为主体构建出了深水固井液体减轻低密度水泥浆体系。室内实验结果表明,PC-P81L作为减轻剂对水泥浆具有密度调节作用,可在1.30~1.70 g/cm3之间调节水泥浆密度;具有高悬浮性,最高可悬浮水灰比为2的水泥浆;具有增强作用,还可以应用于常规密度水泥浆中作为增强剂;具有促凝作用,可在深水低温环境下缩短水泥浆稠化时间。构建的深水固井用液体减轻低密度水泥浆体系,通过增大水灰比降低水泥浆密度,提高了水泥浆的造浆率,减少现场水泥用量;且配方简单,易于调节,外加剂以全液体形式添加,减小了现场工作人员的劳动强度;同时满足深水低温环境下的水泥浆性能要求,为下部钻进提高保障;液体减轻水泥浆体系作业成本较漂珠体系也大幅度降低,满足深水低温条件的性能要求,可适用于深水表层固井。      

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。      

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。      

新型聚羧酸减阻剂的研究与应用

针对伊拉克地区夏季环境温度高导致现场配制的水泥浆触变性强,可泵性差,现有减阻剂难以使水泥浆保持良好分散能力,严重影响固井施工安全的问题。以聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和芳香磺酸类单体等为原料,合成了一种新型聚羧酸油井水泥减阻剂BH-D301L。采用正交实验得到了最佳合成原料物质的量比为1∶4∶1∶1,反应温度为80℃,反应时间为2 h,引发剂加量为0.4%。通过红外光谱分析和渗透凝胶色谱表征证明了合成产物为共聚物,参考API RP 10B标准评价了加入减阻剂的不同水泥浆体系的综合性能。实验结果表明,加量分别为0.5%和1.0%的减阻剂对常规密度的自来水和饱和盐水配浆水泥浆体系的流变性能有明显改善,体系抗压强度和稠化时间符合行业标准要求。在模拟环境温度45～65℃下,加有1.0%减阻剂的高密度含盐水泥浆的流性指数大于0.7,稠度系数小于0.58Pa · sn,体系触变性增强现象减弱,静切力差小于3 Pa,24 h抗压强度超过14 MPa,水泥浆体系稠化、沉降稳定性均能满足固井施工要求,并在现场得到了很好的应用。     

ANACO浅层气固井气窜分析与固井工艺技术

ANACO气田位于委内瑞拉东北部,天然气储量丰富,约占委内瑞拉天然气总产量60%。但该气田具有储层结构复杂,气、水层自上而下分布广,地表以下分布着多套不同压力体系的气层,具有地层破裂压力低,孔隙压力高,安全压力窗口窄等特征;部分区块有高压气、水圈闭层,形成异常高压气窝和水带,能量大,压力高。钻井通常为五开井身结构,以封固不同压力体系地层。上部一开～三开浅层高压气固井,受地层承压能力限制,缺乏有效的井口环空压力补偿和控制手段,难以发挥多凝压稳水泥浆体系优势;上部井眼尺寸大,顶替效率低,易发生环空混窜,使水泥浆受到污染,加上水泥浆防气窜性能差及胶凝失重等因素的作用,导致固井封隔质量差,使环空气窜、井口冒气现象时有发生,严重影响气田开发。通过对水泥浆稳定性、静胶凝强度和SPN性能系数等防气窜能力的实验研究,控制水泥浆静胶凝强度发展的风险区间小于25 min、SPN小于3,并采取在大尺寸套管固井以0.55 m3/min的低排量进行塞流注替作业,以及套管外环空插管回注高密度防气窜水泥浆,置换混窜污染水泥浆并实现双凝压稳作用等工艺技术措施,取得了良好的防漏、压稳、防窜效果,成功解决了ANACO气田浅层气固井封固质量问题。      

化学充氮泡沫水泥浆制备原理与应用

水泥浆漏失低返是国内外低压易漏、裂缝性油气藏固井普遍存在且尚未完全解决的技术难题,泡沫水泥浆是解决固井漏失的一项重要技术。针对化学充氮泡沫水泥浆制备原理尚不清楚、化学发气剂效率低等问题,根据化学热力学和电化学理论,揭示了化学法充氮的原理,研发出高效发气剂LTPN体系。该体系具有发气率高、对水泥浆稠化时间和抗压强度基本无影响的特点,与动物蛋白复合稳泡剂、纳米增强剂等配合使用,可使泡沫水泥浆密度降低至0.95 g/cm3。通过探讨发气剂在水泥浆中的化学充氮规律,研发出高性能化学充氮泡沫水泥浆NFLC体系,经过30余口井固井试验表明,NFLC体系解决了煤层气井固井面临的低压、裂缝性漏失难题,保证了煤层气井水泥浆返高,提高了固井质量,一次性上返到设计高度,固井优质率大于90%,对山西沁水盆地的低压、裂缝性煤储层具有优良的防漏堵漏效果,为低压、裂缝性油气藏固井提供了一种有效的解决方法,具有良好的应用推广价值。