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.     

防气窜泡沫水泥浆的研究与应用

长庆气田属低压低渗透气田．气层多．含气井段长，压力梯度不等，固井时易发生气侵窜槽．造成水泥石界面胶结不良。针对长庆气田的特点，研究出了防气窜泡沫水泥浆，外加剂由氮气发气剂GFQ-1和GFQ-2、稳泡剂GWP和缓凝剂GH-2组成，GFQ-1和GFQ-2与GWP之问的最佳比例为4g：5mL；8mL。现场试验表明，GFQ-1与GFQ-2的反应平稳，气体量易控制；泡沫封闭稳定，渗透率低，泡沫细小、均匀．不易破裂．在浆体中均匀分布；浆体稳定性和流动性好．游离液为零；水泥石抗压强度高。水泥浆密度低；水泥浆具有可膨胀性和可压缩性．直角稠化，水泥石胶结强度高，可有效防止油气水窜．防气窜泡沫水泥浆配方简单．施工方便，成本低。气层井段优质率为87％，合格率为100％。     

胶乳水泥浆防窜性能研究与应用

1958年美国率先将胶乳作为外掺料加入水泥,形成胶乳水泥,并将其用于油田固井。近几年,国内各油田、科研院所、高等院校对胶乳水泥浆的研究取得了较大的进展。新疆油田已多次采用进口胶乳配制胶乳水泥,解决南缘及玛纳斯气田固井的防气窜问题。本文介绍了国产胶乳水泥浆的调配及配套外加剂的研制情况,分析评价了胶乳水泥浆的防气窜性能,以及胶乳水泥在新疆玛纳斯气田2口天然气井固井的现场试验情况。     

低温早强防气窜水泥浆体系的研究

为满足蓬莱19-3油区浅气层的固井需要,要求低密度水泥浆(1.4～1.9g/cm~3)在较低的适用温度(27～60℃)范围内,具有“低失水、高早强、短过渡、防气窜”等特点。以紧密堆积理论和颗粒级配理论为指导,以漂珠低密度水泥浆为基础,研制了相应的低密度增强剂和配套的外加剂,并开发出一种高性能的低温早强防气窜水泥浆体系。该体系具有浆体沉降稳定性好、游离液少、失水易控制、低温早强等特点,而且具有良好的防气窜性能:在40℃下水泥浆的SPN值小于4;体系水泥石致密,渗透率在0.001×10~(-3)μm~2以下;上下密度差在0.010～0.015 g/cm~3左右,具有一定的微膨胀性能,水泥石不收缩且具有良好的界面胶结性能。该水泥浆在蓬莱(PL)19-3油田已成功应用10余口井,USIT检测表明,固井质量良好。     

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。     

高强低密度水泥浆体系的研究

常用的低密度水泥浆在更低的密度条件下已不能满足固井施工的要求.因此结合低密度高强度水泥浆技术以及XF降失水剂水泥浆技术,进行了超低密度水泥浆的研究.研制出的高强超低密度水泥浆,使用密度范围为1.0～1.3 g/cm3,适用温度范围广泛,具有水泥浆稳定性好、抗压强度高、渗透率低、防气窜能力强、失水量易控制等特点,满足了低压易漏、气体钻井以及欠平衡钻井的固井要求,达到了防漏、防窜、降低成本、实现长封固段固井,简化施工工艺等目的.     

新型防窜水泥浆体系的研究与应用

根据大庆油田钻井研究所提出的防气窜机理与控制方法,研制开发了FSAM非渗透防窜体系。FSAM防窜体系由非渗透降失水剂FSAM,助剂FSAM-L、分散缓凝剂FSAM-R和早强剂组成,室内试验表明,该体系具有低失水量（小于50mL),高早期强度（6h强度超过3.5MPa,8h强度达到10MPa)、良好的流变性与短稠化过渡时间（48Pa到240Pa的过渡时间在20min以内）等特点。不仅适用于常规密度水泥浆体系,也适用于低密度水泥浆体系,在镇原,泾川地区防渗漏,防水窜固井,川西马井构造防气窜固井和南阳油田防水窜固井的现场应用表明,FSAM非渗透水泥浆体系对不同类型的油气层和水层都有较强的防窜能力,能有效地改善气、水层的胶结质量,固井质量优质率在90%以上。     

高密度防窜水泥浆在红北1井的应用

红北1井是青海油田一级井控风险井,也是该油田地层压力最高的一口井。为解决该井的防窜固井难题,研制了密度为2.40 g/cm3的高密度防窜水泥浆体系,该体系选用需水量相对较少的赤铁矿粉作为加重剂;为提高稳定性加入一种超细非晶态微粒CEA-1作填充剂,其能吸附大量自由水,并具有较高反应活性;选用一种以乳胶纤维为主料,以氯化钙、氧化钾为辅料,经混合研磨而成的防窜剂FLOK-2 ;优选了在高固相含量水泥浆中减阻效果良好,以羧酸为主料以亚硫酸钠为辅料聚合而成的减阻剂FS-13L。实验表明,水泥浆防窜性能SPN小于3 ;温度变化±5℃时,体系稠化时间变动值不超过44 min,密度变化±0.05 g/cm3时,流性指数在0.71~0.59之间变化,稠度系数在1.06~3.14 Pa·sn之间变化,体系稳定性好,满足现场施工要求。同时研制了与钻井液相容性好的冲洗隔离液:水+320%赤铁矿粉+35%冲洗剂OCW-1L+10% CEA-1+4%隔离剂O-SP。应用效果表明,在提高浆体防窜能力的前提下,结合采取其他配套技术措施,保证了该井固井质量和施工安全。      

KSK油田胶乳防窜水泥浆体系的研究与应用

针对KSK油田固井中的油气水窜问题,开展了LX600胶乳防窜水泥浆体系研究工作,并进行了室内实验评价,认为水泥浆体系具有抗高温、低失水、沉降稳定性好、过渡时间短、直角稠化和防气窜等综合性能。LX600胶乳水泥浆体系在KSK油田应用了55口井,应用效果进一步表明,该水泥浆体系能够有效提高双界面胶结质量,解决固井中的油气水窜问题。     

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。     

液体加重技术在超高密度水泥浆研制中的应用

为了有效提高水泥浆密度,提出了一种新型加重技术,即采用无机盐提高水泥浆基液密度,再结合颗粒级配原理,解决了常规固相加重配制超高密度水泥浆存在的难题.针对选用的LY-2无机盐的特性,优选了一套性能优良的适合该液体加重剂的处理剂系列.并对外掺料的粒径进行了合理选择,使之形成大、中、小的3级颗粒级配,配制出了密度达3.05 g/cm3的超高密度水泥浆,并对其综合性能进行了评价.结果表明,该水泥浆具有良好的悬浮稳定性、流变性能、降失水性能和抗盐能力,且稠化时间易于调节,其工程性能满足固井作业的需要,为勘探开发深部储层做好了技术储备.     

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。     

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。      

动态复杂压力下的水泥浆体系及性能评价

为了提高渤海油田动态复杂压力体系下的调整井固井质量,满足注水泥期间周边注水井不停注的要求,针对压力体系紊乱复杂、储层段固井质量差、层间封隔不良等固井难题,利用自主设计研发的抗动态水分散性能评价装置、界面胶结防窜性能测试装置和塑性体体积测试装置,形成了适用于动态复杂压力下的水泥浆防窜性能综合评价方法。通过抗动态水分散剂、膨胀剂、增韧剂以及缓凝剂等外加剂材料的评价与优选,开发出一套适用于渤海油田动态压力体系固井的新型防窜水泥浆体系,该水泥浆较目标区块原始体系抗压强度提高18.6%、胶结强度提高28.7%、抗水窜压力提高60.8%。在蓬莱油田完成了4口井的现场应用,固井质量较邻井提高22.3%～37.5%。应用表明,新型防窜水泥浆体系具有优良的防窜性能,可大幅提高复杂压力体系下的调整井固井质量,满足注水泥期间注水井不停注的要求,推广应用前景广阔。      

盐膏层固井用降失水剂的研究与应用

针对塔里木油田库车山前高压天然气井盐膏层溢漏同存、安全密度窗口窄等固井难题,通过优选功能性单体,合成了具有耐温抗盐且分散性好等特性的降失水剂FL-A。红外光谱分析结果表明,单体均参与了聚合反应;热重分析结果表明,FL-A具有良好的耐热性能,耐温达300 ℃;水泥浆性能评价表明,该降失水剂控失水性能好,抗盐达饱和,与其他外加剂配伍性好,稠化线型正常。采用该降失水剂配制的密度为2.3～2.6 g/cm3含盐高密度水泥浆体系在105～180 ℃高温下具有液固比低、失水量小、沉降稳定性好、流变性能优、强度发展快等特性。在盐膏层固井应用10余井次,封固质量良好,高压盐水均得到有效封隔。      

超高温固井水泥浆降失水剂的合成与性能

为实现超深井与复杂井超高温固井水泥浆体系的构建目标,突破常规固井水泥浆降失水剂的超高温控失水瓶颈,研制开发了超高温水泥浆降失水剂F-SHT,并对其进行了结构表征与性能评价。结果表明,F-SHT的数均分子量为21 475 Da,表观黏度低,不影响水泥浆的配制;在温度达到294℃时开始发生明显热失重,表明其分子链热稳定性良好;有效控失水温度可达240℃且可抗饱和盐水,采用水泥浆静态失水量评价方法,测得240℃/6.9 MPa下饱和盐水水泥浆API失水量为38 mL。测试了F-SHT在水泥浆体系中的综合性能,停开机、稳定性与API失水评价结果均合格。F-SHT在河探1井Φ177.8 mm尾管固井中成功应用,结果表明F-SHT现场适应性良好,固井质量良好,同时为超深层油气资源的勘探开发提供了有力支撑。     

水不分散水泥浆的机理探讨与性能评价

基于胶体稳定理论、双电层压缩及吸附架桥原理,对水不分散水泥浆体系作用机理进行了探讨,并采用扫描电镜分析（SEM）进一步证明抗分散絮凝剂BCY-100S对水泥颗粒的架桥凝聚作用。评价了多种减阻剂对水不分散水泥浆流变性能和抗分散性能的影响,优选出能改善流变且不影响抗分散性能的BCD-200S作为配套减阻剂。评价了3种水灰比分别为0.45、0.47和0.50的水不分散水泥在30～80℃的抗分散性能、力学性能及其综合性能,结果表明,水灰比增大不影响水不分散水泥浆的抗分散性,水不分散水泥浆的游离液量为0 mL,上下密度差不大于0.03 g/cm3,流动度不小于20 cm,失水量可控制在50 mL以内,其力学性能满足施工要求。     

水不分散水泥浆的机理探讨与性能评价

基于胶体稳定理论、双电层压缩及吸附架桥原理,对水不分散水泥浆体系作用机理进行了探讨,并采用扫描电镜分析（SEM）进一步证明抗分散絮凝剂BCY-100S对水泥颗粒的架桥凝聚作用。评价了多种减阻剂对水不分散水泥浆流变性能和抗分散性能的影响,优选出能改善流变且不影响抗分散性能的BCD-200S作为配套减阻剂。评价了3种水灰比分别为0.45、0.47和0.50的水不分散水泥在30～80℃的抗分散性能、力学性能及其综合性能,结果表明,水灰比增大不影响水不分散水泥浆的抗分散性,水不分散水泥浆的游离液量为0 mL,上下密度差不大于0.03 g/cm3,流动度不小于20 cm,失水量可控制在50 mL以内,其力学性能满足施工要求。      

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。      

钻井液用包被剂对固井水泥浆体系的影响

针对钻井液与固井水泥浆相互接触时会使混浆流动性能变差的问题,实验研究了包被剂对固井水泥浆稠化时间、流变性能和抗压强度的影响。采用红外光谱、X射线衍射仪以及扫描电镜探究了包被剂对固井水泥浆的污染机理。同时利用电导率评价方法,比较了掺入包被剂前后固井水泥浆电导率的变化。研究结果表明,包被剂的掺入会降低水泥浆的流动度,当加量为0.6%时,水泥浆的流动度与纯水泥相比降低了52%;电导率实验分析表明,掺入包被剂后的水泥浆水化进行到12 h时,才进入加速期;包被剂的掺入降低了固井水泥浆水化的反应速率,延缓了其水化进程,从而导致固井水泥浆的抗压强度发展缓慢,在90℃养护条件下,掺量为0.2%时,其3 d强度与纯水泥相比降低了12.8%。包被剂中—OH、—CONH2、—COO-等具有吸附性能的官能团会吸附于水泥颗粒上,且包被剂中的亲水基团与固井水泥浆中的Si—O形成氢键,在水泥颗粒表面形成一层溶剂膜,阻碍了水与水泥颗粒的接触。