一种新型胶乳水泥浆性能研究

通过对胶乳水泥浆体系的降失水、稠化时间、胶结强度、稳定性、流变性、防气窜能力、强度等方面的性能进行评价和配方调试实验,结果表明:与普通的油井水泥相比,胶乳水泥弹性好,具有良好的抗拉、抗折和抗冲击性能,耐腐蚀性好,水泥环界面胶结良好;胶乳的加入增强了水泥石的抗冲击性和弹性,复配后水泥浆的降失水性能良好.胶乳水泥浆体系具有...     

SDJR胶乳水泥浆体系研究

通过室内实验研究,研制出了SDJR胶乳水泥浆体系,并对SDJR胶乳常规物性、水泥浆流变性、抗压强度、抗折强度和防气窜性能进行了评价。结果表明,该水泥浆具有低失水、直角稠化和良好的流变性等特点,同时,形成的水泥石抗弯曲变形能力强,柔韧性好。SDJR胶乳水泥浆体系的防气窜模拟实验进一步表明该体系具有较好的防气窜效果,能有效解决现有的气窜问题。     

微膨胀纤维增强水泥浆的性能试验研究

在固井施工中，为了提高水泥环与地层、套管间的胶结性，实现有效层间的良好封隔，保证油井的正常生产和后续增产措施的顺利实施，延长油井寿命，需要提高注入水泥浆的各项性能。为此，在微膨胀水泥浆体系中加入JFR活化纤维，研制成微膨胀纤维水泥浆。通过对微膨胀纤维水泥浆的稠化时间、流变性、API失水、水泥石抗折与抗压强度、水泥石抗衰减性能进行试验，发现微膨胀纤维水泥浆的稠化时间任意可调，流变性能良好，API失水量小，水泥石的抗折、抗压强度及抗衰减、抗收缩性能高。     

微膨胀纤维增强水泥浆的性能试验研究

在固井施工中,为了提高水泥环与地层、套管间的胶结性,实现有效层间的良好封隔,保证油井的正常生产和后续增产措施的顺利实施,延长油井寿命,需要提高注入水泥浆的各项性能。为此,在微膨胀水泥浆体系中加入JFR活化纤维,研制成微膨胀纤维水泥浆。通过对微膨胀纤维水泥浆的稠化时间、流变性、API失水、水泥石抗折与抗压强度、水泥石抗衰减性能进行试验,发现微膨胀纤维水泥浆的稠化时间任意可调,流变性能良好,API失水量小,水泥石的抗折、抗压强度及抗衰减、抗收缩性能高。     

耐碱玻璃纤维对掺矿渣油井水泥石力学性能的影响

为了改善普通油井水泥物理力学性能的均衡性，提高普通油井水泥浆抗拉伸破坏的能力，实验研究了耐碱玻璃纤维对水泥石抗折强度、抗冲击韧性和抗压强度的影响，并通过孔隙结构和扫描电镜分析研究了耐碱玻璃纤维对水泥石微观结构的影响。结果表明，耐碱玻璃纤维在掺矿渣油井水泥浆中粘接性良好，分布均匀，对水泥石抗折强度、抗冲击韧性有显著提高；在矿渣油井水泥浆中加入0．5％的耐碱玻璃纤维，可以使水泥石的抗折强度提高20％左右，使抗冲击功增加10％左右；从孔隙结构得知，在50℃条件下增加耐碱玻璃纤维的加量可以改善水泥石的微观结构，增加凝胶孔和毛细孔比例降低，大孔比例减少，抗压强度相应增加，水泥浆性能良好，能满足现场施工的需要。     

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。     

水镁石纤维增强油井水泥石性能研究

分别对不同长度水镁石纤维油井水泥浆的流动性、API失水量、沉降稳定性进行了测试和分析;并讨论了纤维分散方式、加量范围、水泥石抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度以及微观结构。结果表明,水镁石纤维能显著降低水泥浆体系流动性、使API失水量下降45%数50%,对水泥浆沉降稳定性的影响很小。水镁石纤维能显著提高水泥石的力学性能,水浴养护14 d后,3%纤维加量下的水泥石抗压强度提高16.2%,5%纤维加量下的水泥石抗折强度提高48.8%,8%纤维加量下的水泥石劈裂抗拉强度提高41.4%。通过机械剪切力和超声作用预分散处理后,水镁石纤维成细丝状均匀分布在水泥石中,能有效提高水泥石密实度和限制微裂纹发生与扩展。纤维的加入使得水泥石力学性能增益比显著增大,5%纤维加量水泥石的拉压比与空白试样相比提高27.5%,使得水泥石脆性得到较大改善。但高加量下水镁石纤维难分散、易团结,水镁石主要起填充作用,水泥石强度仍能得到一定的增加。     

聚乙烯醇胶乳油井水泥抗盐性能实验

为了有效地使用聚乙烯醇胶乳油井水泥，采用氯化钠和氯化钙模拟现场水质和工况。应用API标准实验方法研究了其抗盐性能。研究结果表明，随着氯化钠或氯化钙加量的增大，水泥浆的失水量、初始稠度和游离水量逐渐增大，稠化时间逐渐缩短，水泥石的抗压强度和胶结强度略有增长。氯化钠和氯化钙的加量存在拐点值，该值随聚乙烯醇加量的增大而增大，超过该值后，水泥浆失水量急剧增大，当聚乙烯醇加量为0．1%，0．35％和0．7％时，氯化钠加量的拐点值分别约为1％，3％和4％，而氯化钙加量的拐点值则约为1．5％，2．5％和3％。机理分析结果表明，氯化钠和氯化钙主要是通过与聚乙烯醇反应以及介入水泥的水化进程影响水泥浆和水泥石的性能。     

改性乙烯醋酸乙烯酯共聚物对水泥浆性能的影响

针对水泥环脆性较高,在固井后的施工作业中其完整性易遭受破坏的问题,将用太古油改性的EVA(乙烯醋酸乙烯酯共聚物)作为增韧材料加入油井水泥中,研究了其对油井水泥浆体系常规性能和力学性能的影响,分析了其对水泥石力学特性的影响机理。结果表明,改性EVA与水泥浆的相容性较好,其对浆体的流动性、失水量影响较小,水泥浆稠化时间随改性EVA掺量增加而延长;改性EVA对水泥石抗压强度影响较小,但能提高水泥石的抗折强度和韧性,当改性EVA加量为3%时,水泥石75℃养护3 d的抗折强度提高4.4%,压折比减小28.0%,掺量为4%时,水泥石弹性模量降低39.5%。改性EVA水解产物和水泥水化产物相结合,生成的晶体和脱水聚合物使水泥石内部结构更加致密,减小或消除了水泥石内应力集中,阻止了裂缝扩展,改善了水泥石的力学特性。     

增韧纤维水泥浆在胜利油田小间隙井的应用研究

为解决胜利油田开发中后期小间隙固井中存在的诸多问题,从水泥石的弹性和韧性等方面开发出了增韧纤维水泥浆。优选出了增韧纤维,评价了增韧纤维对水泥浆流变性、稠化性能、降滤失性能以及与其他添加剂配伍性能的影响。同时研究了纤维对水泥石的力学性能、渗透率、泊松比和弹性模量以及胶结强度的影响。结果表明,增韧纤维在适宜的加量和长度范围内对水泥浆流变性、稠化性能、失水性能的影响不大,但对水泥石的力学性能影响显著;在小间隙固井中,使用增韧纤维可以改善水泥环的韧性和弹性,防止窜流发生;增韧纤维水泥石的韧性(抗折强度)较原浆水泥石明显提高。该水泥浆体系在23口小间隙井或漏失井进行了应用,解决了现场固井技术难题。     

抗温防窜胶乳水泥浆体系的研制

陆东五彩湾地区油气井固井过程中气侵、气窜严重，而现有的防窜水泥浆体系防窜作用单一，很难满足固井要求。为解决这种问题，提出用胶乳水泥浆体系来防窜。通过实验，从应用广泛的固井胶乳中优选出性能优良的胶乳，为进一步加强其防窜和降失水性能，使其与高性能降失水剂复合，添加适量外加剂，形成新型防气窜胶乳水泥浆体系；进而研究了不同温度条件下胶乳水泥浆体系对稠化时间、流变性、降失水、抗压强度的影响。结果表明：该胶乳水泥浆体系具有较强的抗温防窜性能，能完全满足该地区的固井要求。     

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。     

低黏耐腐蚀堵剂的研制与应用

针对高含硫气井堵水作业中现用胶乳水泥类堵剂在流变性、耐酸腐蚀及抗硫化氢性能方面的缺陷,研发了低黏耐腐蚀树脂添加剂CSL-1,其常温下塑性黏度低至37 mPa·s,高温130℃条件下2.5 h后自固化,固化后抗压强度18 MPa。CSL-1作为添加剂与水泥复配后,可提高水泥浆流变性和水泥石的耐腐蚀性。实验表明:将CSL-1加入胶乳水泥后,胶乳水泥浆常温下塑性黏度可由73 mPa·s降至60 mPa·s,固化后水泥石在质量分数为15%的盐酸溶液中浸泡7 d后,质量损失率由19.4%降至5.6%,在15%H_2S和8%CO2环境中腐蚀30 d后,水泥石强度保留率大于80%。该技术在P105-2井的连续油管堵水现场试验获得成功,表明CSL-1与胶乳水泥复配的堵剂体系满足普光高含硫气井堵水要求,具有极大的推广应用价值。     

接枝改性聚乙烯醇的合成及性能评价

聚乙烯醇(PVA)作为油井水泥降失水剂,适用温度较低(120℃),难以满足高温固井的需求。以PVA1788、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和交联剂乙二醛等为原料,合成了一种油井水泥降失水剂接枝改性聚乙烯醇(PVA-1)。室内试验评价了添加降失水剂PVA-1的水泥浆的耐温性能、流变性能、稠化性能、抗压强度和防气窜性能等。试验结果表明,加有降失水剂PVA-1的水泥浆API失水量可以控制在50 mL以下,抗温能力接近150℃;加有PVA-1的水泥浆稠化时间稍有延长,抗压强度不降低,抗析水能力增强;其与分散剂DZS和缓凝剂DZH的配伍性良好,还能提高水泥浆的防气窜能力。综合分析认为,合成的PVA-1能够满足150℃以下高温固井的需求。      

丁苯胶乳水泥浆体系的抗蚀性能

通过室内实验研究,优选出了与丁苯胶乳配套的外加剂,包括分散剂、稳定剂、缓凝剂等,形成了适合不同温度下的胶乳水泥浆体系,并通过扫描电镜和X射线衍射仪对胶乳水泥石的耐腐蚀性能进行了研究,同时进行了水泥石抗压强度、抗折强度和渗透率实验.结果表明,该丁苯胶乳水泥石的抗压、抗折强度高、耐腐蚀性好,该体系具有广泛的推广应用价值.     

高强增塑低密度水泥浆体系研究

常用的低密度水泥浆体系在低压易漏地区固井存在强度低的缺陷,油气勘探开发对低密度水泥浆体系提出了更高的要求。研究开发了以漂珠、水泥颗粒、微硅颗粒和颗粒级配增强剂为主构成的4级颗粒填充结构及与之配套的增韧复合纤维构成的高强增塑低密度水泥浆体系,对水泥石强度、水泥环抗冲击能力、水泥浆性能、浆体稳定性进行了室内实验。实验结果表明,水泥浆具有流变性能好、失水量小、稠化过渡时间短的优点,可显著提高低密度水泥石的综合强度、水泥浆的稳定性和防窜能力,与其他外加剂也有良好的配伍性。在胜利油田及川东北地区进行了现场应用,效果良好,为解决当前低压易漏井的固井问题提供了一个可行的途径。     

油基钻井液组分对水泥浆性能的影响及其机理

针对固井时油基钻井液与水泥浆掺混易产生接触污染进而影响施工安全的问题,开展了油基钻井液各组分对水泥浆流变性、稠化时间、抗压强度等性能影响的研究,同时结合扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱等手段,初步探索了油基钻井液各组分对水泥浆性能影响的机理。实验结果表明:油基钻井液的掺混会使水泥浆流变性变差、水泥石抗压强度降低,影响顶替效率及水泥环的封隔能力;柴油、主乳化剂、副乳化剂等单组分对水泥浆流变性能的影响不大,而由柴油、内部水相与乳化剂搅拌形成的乳状液则会对水泥浆性能产生几乎与油基钻井液同等程度的影响。研究结果表明:乳状液圈闭了水泥浆中的自由水,导致浆体变稠,使水泥颗粒无法与自由水有效结合,阻碍水泥浆的水化,导致水泥石结构疏松多孔,影响了水泥石的强度。对策建议:可使用添加合适表面活性剂的先导浆、隔离液等措施来缓解接触污染。