无固化剂水性树脂提高固井水泥石抗腐蚀性能

含CO₂油气井、CO₂地质封存井等特殊工况对水泥石的抗腐蚀能力要求高。为提高固井水泥石的抗腐蚀能 力,选择了一种无固化剂水性树脂作为防腐材料,分析了水性树脂提高水泥石的防腐能力和作用机理。结果表 明,树脂可有效提高水泥石的抗腐蚀能力。腐蚀28 d 后,水性树脂掺量15%的水泥石腐蚀深度比空白水泥石下 降了68.7%,腐蚀后的抗压强度比未腐蚀的下降了12.8%。树脂掺入水泥浆不仅降低了水泥石的渗透率,而且降 低了水泥石的大孔径体积,增大了CO₂水溶液腐蚀的流动阻力。树脂掺入水泥浆后减少了水泥石腐蚀产物的形 成。掺入树脂的水泥石微观结构致密程度更高,内部存在的膜状物质提高了腐蚀反应的惰性。无固化剂水性树脂 通过降低碱性水化产物形成、提高酸性流体渗入阻力以及增强腐蚀反应惰性多种方式提高水泥石的抗腐蚀能力。     

固井水泥石蠕变试验研究

本文用自行设计制作的蠕变试验架对四川嘉华75℃油井水泥进行了蠕变试验研究,内客包括:绘制固井水泥石的蠕变曲线;确定固井水泥石的蠕变模型;用非线性最小二乘曲线拟合法拟合了蠕变参数。所得结果可用来分析粘弹性围岩中套管的围压。同时还试验了水灰比、含盐量、含砂量及其它外加剂含量对固井水泥石蠕变性能的影响,这对降低套管围压及防止套管损坏具有一定参考价值。     

深井水泥石低温下强度增长剂的应用

针对中原油田油气层埋藏深、油气分散、地温梯度高、深井井底温度高、封固段长、水泥浆低温下不易凝固、水泥石强度发展慢等问题,研制出了一种水泥石增强剂G606.这种外加剂加入水泥浆后对流动度影响不大,降低了水泥浆失水量,对稠化时间有一定的影响,特别是低温下稠化时间大大缩短.现场应用表明,采用增强剂G606配制的水泥浆性能稳定,可调性强;稠化曲线呈直角,有利于阻止油气水窜槽,低温下水泥石强度发展快,克服了低温下水泥浆长期不凝固的难题,完全可以满足正常测井和井下作业需求.加入增强剂G606的水泥浆在36口深井中固井,固井施工顺利,固井合格率为100%,优良率为89%.     

国内外固井技术难点及新型水泥外加剂特性评析

从材料学角度出发,结合现场实际问题,通过对油井水泥固有缺陷和常用油井水泥外加剂特性的分析,阐述了影响井下水泥环长期封隔质量的3个主要因素,即水泥浆的漏失低返、水泥石的体积收缩和高脆性.在讨论新材料作用机理的基础上,提出了初步的解决方案,并介绍了新材料的现场应用情况.同时文中还就国内油田未来对固井新材料的技术需求进行了预测,并就今后的研究方向提出了建议.     

低密度胶乳水泥石抗CO2腐蚀性能研究

针对低压易漏地层固井遇到的水泥环抗CO2腐蚀性能差的问题,呆用静态CO2酸性腐蚀的方法,对加入丁苯胶乳的低密度水泥石进行了腐蚀实验,得到的样品经体视显微镜、XRD、压力试验机测试后,讨论了腐蚀前后丁苯胶乳低密度水泥石的内部形貌、表面形貌、府蚀深度、质量变化以及抗压强度的变化。结果发现,当低于120℃时,丁苯胶乳均匀地分散在水泥水化产物的周围,形成膜包覆结构,提高了低密度胶乳水泥石的抗CO2腐蚀能力,表明在低密度水泥中掺入丁苯胶乳,可以改善低温水泥早期抗压强度低、抗酸性差的缺点;而在高于120℃时,丁苯胶乳薄膜在高温下的稳定性变差,CO2通过薄膜空隙进入水泥石内部,并与水化产物Ca（OH）2和CSH反应生成可溶性的Ca（HCO3）2,从而对低密度水泥石的结构造成破坏。     

一种新型材料固井水泥石的抗高CO2分压腐蚀性能评价

井下高温、高CO₂含量条件使水泥环长效封固周期寿命缩短,水泥环完整性保障难度增大,由于在较高的压力环境下CO₂呈现低黏度、高扩散性和高压缩性的超临界特性,会加剧水泥石的腐蚀。本文与常见的6种防腐材料进行防腐性能对比测试,研发了可用于井下高温、高CO₂分压环境中的一种新型防腐材料。室内实验结果表明,新型火山灰混合材料由于二次水化反应消耗Ca(OH)₂提高水泥石长期强度,且电镜下微观观察分析,新型火山灰混合材料水泥石渗透率更低,CO₂环境中养护30 d后水泥石表面仍存在CaSiO₃,表明侵蚀仍在表层进行。新型火山灰混合材料的水泥石具有30 d腐蚀深度1.17 mm、抗压强度衰退率2.6%、渗透率变化率2.1%更好的抗CO₂腐蚀能力,且具有良好的综合施工性能。     

G级油水井水泥石的溶蚀性研究

用化学方法解除油管内的水泥塞可以减少机械方法施工时的困难，以及对井眼的破坏性。文内通过室内对水泥石的溶蚀试验，评价部分无机酸在不同浓度下对油井Ｇ级水泥石溶蚀能力，并探索了提高溶蚀速度的方法。     

固井纤维水泥的研究

为解决完井增产措施后,因环空胶结不良而引起层间窜流的问题,经过分析和试验筛选,选择了有机合成纤维G805并用于固井施工,并对纤维水泥浆的常规固井施工性能及力学性能进行了室内评价和机理分析。结果表明,水泥浆中的G805在掺量小于0.5％范围内易于均匀分散;纤维能提高水泥环的抗冲击性,降低射孔对水泥环的破坏;有机合成纤维对水泥的力学性能确有一定的改善。     

耐CO2腐蚀固井水泥浆的研究及应用

CO2与水泥石反应会导致固井水泥环封隔失效,缩短油井寿命,影响油气田开发.针对该问题,开发了耐CO2腐蚀的固井材料,对加入该材料的水泥浆进行了研究,结果显示在水泥浆中加入该材料可以提高水泥石的耐CO2腐蚀性能;同时对耐CO2腐蚀的水泥浆的施工性能进行了研究,形成了施工性能良好的水泥浆技术.该技术在长深XX井中得到了应用,取得了良好的效果.     

膏盐层固井水泥浆技术

使用常规水泥浆固膏盐层,由于水泥石与地层胶结质量差,易造成层间窜流,膏盐层水化而引起地层蠕变,产生巨大的地层应力使套管变形,甚至发生套管挤毁或错断,缩短油气井使用寿命.华北石油田钻井工艺研究院研制出了抗盐系列Ⅲ型(ZJ-3、ZK-3、ZH-3)和Ⅳ型(ZJ-4、ZK-4、ZH-4)油井水泥外加剂,并开发出了相应的抗盐水泥浆体系.Ⅲ、Ⅳ系列油井水泥外加剂具有优良的抗盐性能,ZJ-3能抗18%的盐水、ZJ-4能抗26%的盐水;可有效地降低水泥浆失水量至50mL,并具有稳定的缓凝作用,缓凝剂加量和稠化时间的线性关系优良,稠化阶段过渡时间曲线呈直角;该外加剂能满足1000～6000 m、井温为50～160℃的各种类型、各种水质的油气井固井施工.该抗盐水泥浆体系已在华北油田推广使用,固井质量全部优质,其中家59井膏盐层固井获明星工程奖,该井现已生产运行1年以上没有发生问题.     

抗腐蚀低密度水泥浆体系的研究

分析了地层水腐蚀油井水泥的机理,并通过大量试验研究,开发出了密度为1.30—1.50 g/cm~3的低密度水泥浆体系。同时在模拟腐蚀性地层水中,对该体系水泥浆凝结硬化形成的水泥石试件的耐久性和浆体的综合工程性能进行了评价。结果表明,该低密度水泥浆体系耐地层水腐蚀能力强,综合工程性能良好,可满足易漏浅井防止腐蚀性地层水腐蚀套管外壁的固井要求。     

耐腐蚀特种尾管固井工具的设计与应用

H2S和CO2是碳酸盐岩油气藏中常见的腐蚀性气体,油气储层中富含该类酸性腐蚀介质,会对井下管柱带来很大的危害。为了解决含腐蚀介质油气井中固井工具易被腐蚀的难题,对国内各种石油管材进行了深入而广泛的调研,详细分析了各种耐腐蚀管材材料的防腐蚀机理,对比了其优缺点,综合考虑各种因素,优选出了研制耐腐蚀特种尾管固井工具的金属材料。采用优选出的金属材料设计了多种规格的耐腐蚀特种尾管固井工具,并在川东北地区累计应用40余次均获得成功,有效解决了该地区高含腐蚀介质油气井的固井技术难题。      

H_2S腐蚀油井水泥的热力学条件

从水泥化学角度出发,应用热力学方法计算了干地层和潮湿地层中油井水泥熟料矿物及水化产物在50℃、80℃和150℃下与H_2S发生腐蚀反应的吉布斯自由能及所需H2S的最低分压,讨论了油井水泥熟料矿物及水泥水化产物与H_2S发生腐蚀反应的条件及难易程度。结果表明:在干地层中只在特定的温度和H_2S分压下,H_2S才会对油井水泥石中的CH、C_3S、C_3S_2H_3、C_2S、C_3A、C_2S_3H_(25)AFt及AFm产生腐蚀;在潮湿地层中H_2S主要以HS~-和S~(2-)形式存在,通过不断消耗水泥石中Ca~(2+),降低水泥石孔隙液的pH值,破坏水泥的水化产物,从而腐蚀油井水泥石基体。     

低密度水泥浆固井技术研究与应用

在压力系数低、易漏地层,特别是裂缝型、溶洞型碳酸盐岩地层固井中,采用密度为1.88 g/cm3左右的常规水泥浆固井,极易引起井漏,造成固井失败,固井质量不合格.根据紧密堆积理论,采用水泥 溧珠 微硅不同粒度的颗粒级配,研究出了低密度水泥浆体系.通过实验得出添加剂在不同密度下的干混最佳比例,从而达到了水泥浆低密度高强度的目的.该水泥浆在塔里木油田轮古地区20多口井中应用取得了很好的经济效益,特别是在井深6008.54 m的开窗侧钻水平井的ψ127 mm尾管固井中,水泥浆最低密度已达到1.20 g/cm3,固井质量全优.该水泥浆在固井中的密度在1.10～1.60 g/cm3范围内可调.     

多功能水泥外加剂在BZ25-1油田固井中的应用

配制一种满足现场固井技术要求的水泥浆,往往需要四五种外加剂来调节,而不同的外加剂混在一起会互相影响,产生相容性的问题,给现场配制水泥浆和固井作业带来很多困难.研究开发出了多功能油井水泥外加剂.该外加剂是一种合成共聚物,它含有大量的对水泥颗粒具有分散和吸附作用的基团,用该外加剂配制出的水泥浆性能稳定,具有良好的流变性和稳定性,游离液的控制能力强.多功能油井水泥外加剂具有降失水、分散减阻和自调凝功能,抗盐、抗钻井液污染.经现场应用表明,用多功能外加剂配制出的水泥浆过渡时间短,强度发展快,具有较强的防窜能力,配合单级双封工艺,可用于长封固井段固井;该体系具有低失水、低游离液、抗海水和抗钻井液污染的能力,应用简便,性能稳定,适应能力强.在BZ25-1油田19口常规定向井的固井中,经过CBL检测,所有油层封固井段的声幅值小于10%,固井一次优质率为100%.     

地层水在固井水泥中的渗透及对套管的腐蚀

介质渗透是固井水泥发生各种腐蚀的必要条件,也是套管外壁发生腐蚀的首要条件。模拟固井水泥的实际应用环境,将套管钢嵌入G级固井水泥中,采用开路电位法和动电位扫描极化法,研究了含饱和CO₂地层水介质在水泥中的渗透和套管的腐蚀。结果表明,动电位扫描极化法和半电位法都便于测定介质在固井水泥中的渗透时间。由极化曲线特征可知氯离子发生了优先渗透,水泥包覆下套管的腐蚀受阳极过程的电化学和扩散步骤共同控制。介质在水泥中渗透初期,钢的腐蚀速率很低,CO₂的渗入起到了阳极去极化的作用,使钢的腐蚀逐渐增大,并最终形成较严重的局部腐蚀。固井水泥的渗透深度与时间呈幂函数关系,指前因子和幂指数分别为0.85和0.62,故随着水泥环厚度增大,渗透时间缓慢增加。     

矿渣对固井液性能的影响研究

为了研究矿渣对固井液性能的影响,通过对国内外主要的有关的矿渣固井技术的文献进行调研,对高炉水淬矿渣结构特、性能及其水化机理、影响矿渣固井液的固化因素和矿渣固化体性能和高温性能及其力学性能进行研究,用高炉水淬矿渣和油井水泥浆配制了一系列固井液并在不同水灰比下对其性能进行了实验研究。试验结果表明在0.44水灰比时,矿渣加量为30%时油井水泥的抗温性能最好。试模抗压强度也变好。在0.60水灰比时,矿渣加量达到30%时,试模抗压强度最高,固井液的表观粘度、塑性粘度、动切力也相应的有所提高,可增强固井液的稳定性。在0.80水灰比时,矿渣加入量为20%时,试模抗压强度最高,表观粘度不变,塑性粘度和动切力变化较小,可以提高固井质量。     

油井水泥膨胀剂研究 (Ⅱ)--膨胀机理及影响因素

介绍了抑制水泥浆体收缩的有效方法--使用油井水泥晶体膨胀剂.分析了常见的油井水泥晶体膨胀剂的作用机理和影响因素,包括膨胀剂的种类、膨胀源(硫铝酸盐、方镁石和方钙石)、塑性体膨胀与硬化体膨胀的关系、膨胀压、使用温度、压力、受限程度、水灰比、化学外加剂等.同时,结合膨胀机理提出了使用油井水泥晶体膨胀剂对测井时间和固井质量评价的要求.     

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.     

碳酸钙晶须与碳纤维混杂增强油井水泥石力学性能

针对油井水泥石易脆裂而造成油气井层间封隔失效的问题,通过实验研究了碳纤维、碳酸钙晶须及二者混杂对油井水泥石力学性能的影响,利用扫描电镜观察了水泥石微观形貌,并探讨混杂纤维增强水泥石的作用机理。实验结果表明:碳纤维、碳酸钙晶须及两者混杂纤维均能有效提高水泥石的抗压、抗折和劈裂抗拉强度;相对于单掺1种纤维,混杂纤维对水泥石的增强效果更好;混杂纤维水泥石具有明显的韧性,且混杂纤维显著提高了水泥石的力学形变能力。观察水泥石微观形貌和分析混杂纤维增韧机理后发现:碳酸钙晶须和碳纤维具有不同的尺寸、形貌和性能,能够在不同结构层次和荷载阶段发挥作用,控制微裂纹或裂缝的产生和发展,改善水泥石的强度和韧性。图20表5参27