膨胀珍珠岩复合漂珠低密度水泥浆体系的应用研究

常用的低密度减轻材料漂珠产量较少、货源紧缺,单一的漂珠作为减轻剂导致生产成本高,因此优选了一种成本低、来源广的减轻材料-改性膨胀珍珠岩。提出在漂珠低密度水泥浆中复配部分改性膨胀珍珠岩的方案。室内实验评价结果表明,该体系密度在1.45 g/cm~3～1.60 g/cm~3可调,水泥浆具有良好的沉降稳定性、流变性,且失水量少、早期强度高等特点。对比同一密度下,采用部分改性膨胀珍珠岩复合漂珠的低密度水泥浆与单一的漂珠低密度水泥浆相比,在性能差别不大的情况下能有效的降低成本。该体系在现场应用6井次,固井电测解释表明,水泥浆返高能达到设计要求,而且固井质量优质,能够满足油气层段开采需求。     

漂珠对低密度水泥浆密度的影响

漂珠是优良的耐热超低密度材料,常用作配制低密度水泥浆.室内考察了不同漂珠加量下压力、搅拌速度对漂珠低密度水泥浆密度的影响.结果表明:①压力和搅拌速度都能使漂珠低密度水泥浆的密度增加,但产生的方式不同.压力使空心漂珠内部充满水分和大颗粒漂珠产生挤压破碎后造成密度增加,而搅拌主要是漂珠被浆叶打碎,由于机械破碎造成密度增加;②对于不同密度的水泥浆,随着漂珠加量的增加,水泥浆密度降低;在压力增加时,水泥浆密度的变化幅度随之增加;③在压力低于30 MPa和转速小于4000 r/min时,漂珠低密度水泥浆的密度基本上没有变化;④虽然压力和搅拌速度对漂珠低密度水泥浆的影响方式不同,但可以用搅拌速度模拟漂珠低密度水泥浆在井底一定压力下的密度变化情况.     

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根据漂珠的组分及漂珠低密度水泥浆的性能特点，提出了漂珠水泥浆密度设计要求，减轻剂加量计算，适合漂珠低密度的水泥浆配方以及固井施工注意事项。在低压漏失层固井中还应加强以下工作：①确定合理的水泥浆密度，建立一套漂珠的不同加量、不同水灰比下的漂珠低密度水泥浆在不同液柱压力下的密度变化曲线，为确定低密度水泥浆密度提供可靠依据，特别是对密度很敏感的漏失层固井。②制定低密度水泥固井质量标准，低密度水泥的强度一般低于纯水泥、结构不如纯水泥致密、强度发挥不如纯水泥快。对低密度水泥固井应以保证水泥石的最低封隔质量为依据确定合理的低密度水泥固井质量标准。     

空心玻璃微珠低密度水泥浆的初步研究

近年来,由于漂珠的产量越来越少,质量也越来越差,因此急需寻找一种代替漂珠的新型减轻材料,以满足配制低密度水泥浆的需求.因此优选了一种新型的密度减轻材料——高性能空心玻璃微珠,根据颗粒级配紧密堆积理论,对高性能空心玻璃微珠、水泥以及其他各种外加剂进行合理配比,设计出了一种新型的低密度水泥浆.室内评价结果表明,该低密度水泥浆具有良好的稳定性、流动性,且失水量小,空心玻璃微珠能够替代常规漂珠来配制低密度水泥浆;空心玻璃微珠抗压能力比较高,用其配制的低密度水泥浆具有不可压缩性,解决了漂珠低密度水泥浆高压下漂珠破碎或进水导致水泥浆密度升高的问题;同一密度下,空心玻璃微珠低密度水泥浆的成本比漂珠低密度水泥浆的成本稍高,为降低成本,可考虑加入其他低密度外掺料.     

耐高温低密度水泥浆的初步研究

研究了硅粉对低密度水泥浆热稳定性的影响,对配制低密度水泥浆用的减轻剂进行了优选。实验结果表明,硅粉能有效地提高低密度水泥浆的热稳定性,在密度为1.5g/cm~3的水泥浆中加入30％的硅粉,水泥石的强度可达18.1MPa;漂珠是耐高温低密度水泥浆的良好减轻剂,用漂珠在较小的水固比下就能配制出密度较低的水泥浆,有利于用硅粉提高水泥石的高温强度,并能代替部分硅粉的作用,有利于提高水泥石的低温强度。     

微硅漂珠复合低密度水泥体系的探讨

低密度水泥是解决低压易漏井固井水泥浆漏失的主要途径。研究了微硅漂珠复合低密度水泥体系,分析了该水泥体系的作用机理,并对微硅漂珠复合低密度水泥体系的水灰比与密度的关系、水泥浆配方、流变性、沉降稳定性等性能进行了评价。结果表明,微硅漂珠复合低密度水泥浆体系强度高、滤失量低、自由水含量低及稳定性能好,水泥浆密度为1.30—1.33 g/cm~3。微硅漂珠复合低密度水泥体系克服了漂珠低密度水泥和微硅低密度水泥的缺点,满足了定向井和水平井施工作业对水泥浆的要求。     

DFC非漂珠低密度水泥浆体系实验研究

常规漂珠的批量生产受到限制，且漂珠低密度水泥存在高压体积收缩等问题，为此，进行了非漂珠低密度水泥浆体系研究。以颗粒的合理级配及紧密堆积为理论基础，通过水泥石抗压强度、水泥浆沉降稳定性及超声波实验优选了FC-1、FC-2、FC-3及FC-4低密度水泥外掺料，并通过合理的外掺料配比及优选低密度水泥浆配套外加剂进行失水、水泥浆稠化及地面模拟等试验，研制出密度为1.40～1.50 g/cm3的DFC非漂珠低密度水泥浆体系，该体系具有高强度、抗高温衰退等特点，能够替代普通漂珠低密度水泥浆在油井固井中应用，其整体性能满足油田固井及后期开发的需要。地面模拟试验表明，常规的干混设备能够满足该体系的均匀混拌需求，该体系具有良好的施工可行性。     

特低密度水泥浆室内实验研究

在油田低压易漏地层使用密度１．４０—１．６０ｇ／ｃｍ３的低密度水泥浆固井时，有时仍会发生返高不够的问题。为此设计了密度１．２０—１．４０ｇ／ｃｍ３的特低密度水泥浆。该体系以密度较小的高炉水淬矿渣为水化材料，漂珠为减轻外掺料，膨润土为稳定剂，用碱性激活剂激发矿渣和漂珠的活性，使体系形成胶凝体。该水泥浆具有密度低、稳定性好、抗压强度高、材料费用低等特点，流变性和稠化时间均能满足非产层填充环空和支撑套管的固井施工要求。     

漂珠水泥浆在下二门油田固井中的应用

下二门油田具有产层裂缝发育、地层孔隙喉度大，地层破裂压力低，漏失层多等特性，加之水泥封固段又特别长，对固井质量提出了很高的要求。针对下二门油田固井的特点和难点，采用漂珠低密度水泥浆进行长封固段固井施工，现场实践证明，漂珠水泥浆各项性能均能满足油层固井的需要，有效地解决了下二门油田易漏地层长封固段固井难题。     

漂珠水泥浆在下二门油田固井中的应用

下二门油田具有产层裂缝发育、地层孔隙喉度大,地层破裂压力低,漏失层多等特性,加之水泥封固段又特别长,对固井质量提出了很高的要求。针对下二门油田固井的特点和难点,采用漂珠低密度水泥浆进行长封固段固井施工,现场实践证明,漂珠水泥浆各项性能均能满足油层固井的需要,有效地解决了下二门油田易漏地层长封固段固井难题。     

粉煤灰降失水水泥浆在天然气井固井中的研究与应用

长庆天然气田属于低压、低渗透气田,存在承压能力较低的地层,固井设计要求全井段封固,并且采用双级双凝施工工艺。但由于用于低密度水泥浆中的漂珠生产量降低,价格上升,研究应用替代产品是固井技术发展的方向。在一级领浆中研究应用了粉煤灰水泥浆体系,其性能和固井质量可完全满足固井要求。粉煤灰水泥浆体系价格低和固井质量优良,使其成为漂珠水泥浆体系的替代配方。     

高强塑性水泥浆实心减轻材料FXW室内研究

低密度水泥浆常用泡沫和漂珠作为减轻材料,但泡沫和漂珠的一个共同缺陷是承压能力有限,这就给固井施工带来一定风险。通过大量实验,以颗粒紧密堆积为原则,复配出一种新型实心耐压减轻材料FXW。实验证明,减轻材料FXW与其它外加剂相容性好,浆体施工性能优良;FXW为实心减轻材料,能够承受井下高压,解决了漂珠和泡沫低密度水泥浆不能承压的问题;FXW低密度水泥石强度高,韧性好,可满足油井后期开发需求。     

高性能、低成本化学泡沫水泥浆在青海油田低压易漏井的应用

针对青海花土沟油田、油砂山油田低压油气井地层承压能力低，固井时易发生漏失的特点，固井时采用在漂珠水泥浆中加入FC系列发气剂配制成的化学泡沫超低密度水泥浆。试验结果表明，化学泡沫超低密度水泥浆强度高、稠化时间易于控制，并具有低污染和一定的堵漏性能，能使水泥浆井下密度降低至1.30-1.35g/cm^3，井口密度降低至0.90-0.95g/cm^3,提高低压易漏地层的封固质量，降低对产层的污染。在青海油田6口中、浅层低压易漏失油气井进行了应用，这6口井的漏失非常严重，但是固井质量为3口优质、3口合格，固井质量达到了原先的预想，表明该泡沫水泥浆较好地解决了青海油田浅、中层低易漏失井的固井问题。化学泡沫超低密度水泥浆避免了固井补救措施造成的费用，而且节约了大量的机构设备购置资金和维修费用，具有较好的经济效益。     

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。     

封固海相易漏层的抗高压低密水泥浆体系研究

针对海相地层固井过程中易漏的问题,结合海相地层井身结构分析和常用漂珠低密度水泥浆体系高压下密度稳定性分析,得到了海相地层固井漏失发生的原因。在此基础之上,引入高承压能力的HGS空心玻璃微珠,以颗粒级配理论为指导设计了高压下密度稳定、适用于海相易漏层固井的低密度水泥浆体系。理论分析和大量的试验表明:海相地层固井易漏的主要原因是,海相地层多属深井超深井,井下压力高,而常用漂珠低密度水泥浆体系在井下高压作用下密度会升高,从而使浆体液柱压力增大压漏地层;引进HGS微珠得到的低密度水泥浆体系,密度在1.20～1.45 kg/L之间可调,兼具浆体性能稳定、直角稠化并且浆体密度在高压下稳定等特点,更适用于海相地层固井。      

苏里格气田易漏井固井水泥浆体系的研究与应用

苏里格气田单级一次全井段固井技术可有效提高套管串的承压能力,但在部分低压易漏井施工过程中出现水泥浆漏失的问题。为确保水泥浆能够有效封固不同压力地层,避免固井漏失,通过对苏里格气田井漏特点分析,研发出以新型中空球状微末为减轻材料的低密度高强度防漏水泥浆体系。室内评价实验结果表明,该体系具有密度低、抗压强度高、气相渗透率低等特点,在一定条件下,120 h水泥石强度达到18 MPa,360 h水泥石强度超过20 MPa。现场试验5口井,固井施工顺利,水泥浆一次上返井口,未发生漏失,易漏层第一界面胶结良好率超过95%,第二界面胶结良好率超过85%,满足了苏里格气田低压易漏地层单级一次全井段封固的技术要求。     

抗高温水泥浆体系研究与应用

为了解决现有水泥浆体系抗高温能力差的问题,研制了抗高温降失水剂DRF-120L和与之配伍性好的其他抗高温水泥外加剂,开发了一种以抗高温降失水剂DRF-120L为主剂的抗高温水泥浆体系。在室内对该抗高温水泥浆体系的性能进行了评价,结果表明:该水泥浆体系能抗200℃高温;抗盐性能好,即使采用饱和盐水配浆,性能也能达到高温深井固井要求;失水量可以控制在100 mL以内;稠化时间易调;水泥石抗压强度高。该抗高温水泥浆体系在辽河油田、塔里木油田及华北油田的7口高温深井固井作业中进行了应用,固井质量全部达到合格以上。这表明该抗高温水泥浆体系综合性能能满足高温深井固井要求,解决了水泥浆体系抗高温能力差的问题。      

1.15 g/cm3超低密度水泥浆的研究与应用

针对鄂北工区低压、易漏失地层的固井难题,中原固井公司通过研发轻质水泥,优选高强空心玻璃微珠减轻材料,与超细微硅进行级配,建立三级级配模型,确立了超低密度设计构架。选用AMPS类降失水剂、低密度增强剂、早强剂、缓凝剂等外加剂优化浆体性能,研究出一套高强度超低密度水泥浆配方,该水泥浆适用温度为60~120℃,密度为1.15 g/cm3,失水量为40~42 mL,游离液量不大于1.0%,稳定性密度差为0,300 min内稠化时间可调,呈直角稠化;常压40℃下72 h水泥石抗压强度为12.1 MPa,满足现场施工需求。开展混拌工艺研究,建立了分级混拌工艺,混拌大样与小样水泥浆性能符合率达到了98%,保证了水泥浆性能的稳定。通过在鄂北大牛地区块D12-P42、D17-2及DK13-FP1井等3口井的应用,固井过程中没有发生漏失,固井质量合格率为100%,实现了井筒的完整性,为低压易漏地层固井提供了技术支撑。      

新型抗盐水泥浆体系的研究及应用

针对盐层固井时常规外加剂性能失效、配制的水泥浆性能变差的问题，开发了一种新型的抗盐水泥浆体系。该体系以抗盐降失水剂BXF-200L为主体，并有配套的缓凝剂、促凝剂及分散剂。BXF-200L是通过合理的分子设计得到的多元共聚物型抗盐耐温降失水剂。对常规密度、高密度（最高达到2.6 g/cm³）抗盐水泥浆的失水、稠化、流变、强度等性能进行了室内评价，还在中国、伊朗、哈萨克斯坦等国油田进行了大量的固井施工。室内研究和现场试验证明：该抗盐水泥浆体系具有失水量低、流变性能好、稠化时间易调、抗压强度高等特点，综合性能能够满足盐层固井施工的技术要求。     

固井水泥发泡车的开发

在常规低压易漏井固井作业中,通常要求使用低密度水泥浆。泡沫水泥是技术、经济优势比较明显的一种低密度水泥。为现场配制泡沫水泥,中油特种车辆有限公司开发了固井水泥发泡车。阐述了这种专用车的工作原理、整机布局方案、发泡系统和流量控制系统,介绍了其试验试用情况,指出该车具有水泥浆体密度连续可调、工作效率高、成本低等特点。