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。     

硫化氢对固井水泥石腐蚀研究

以SEM、X-ray和化学分析等方法,通过比较水泥石腐蚀前后抗压强度、渗透率、微观结构、水泥石腐蚀率的变化,研究了在不同H2S气体总压力、浓度(分压)等条件下H2S腐蚀不同渗透率、钙硅比的水泥石的规律。实验结果表明:H2S与水泥石中水泥水化产物反应生成CaS、FeS和Al2S3等没有胶结性的物质,会严重破坏水泥石的结构、增大水泥石的渗透性,使腐蚀进一步加速进行;1.5MPa下纯H2S腐蚀10天后水泥石的强度损失达到73.74%以上,渗透率增大63.47倍;在一定总压力下,H2S浓度越大,水泥石的渗透率增加倍数越大,强度损失率越大;水泥石的渗透率越大,水泥石腐蚀越严重;钙硅比越大,水泥石腐蚀越严重;水泥石的渗透率和钙硅比是控制H2S腐蚀水泥石的关键因素。     

功能材料对固井水泥石力学性能的影响

固井工程中,水泥石力学性能是影响固井质量的重要因素。通过加入一定量的功能材料,可以增强水泥石的抗冲击能力和应变恢复能力,有效改善固井质量。为研究不同功能材料对固井水泥石力学性能的影响,选用韧性剂和弹性剂2种功能材料,配制韧性和弹性水泥浆并养护成水泥石,利用三轴应力应变实验,通过弹性模量、残余应变等考察不同类型水泥石力学性能。同时,通过功能材料特性,分析功能材料提高固井质量的作用机理。研究表明,两种功能材料都能有效降低水泥石弹性模量和残余应变,减小水泥石脆性,增强水泥石应变恢复能力。韧性剂提高了水泥石的韧性,有效防止了水泥石破裂形成裂缝,保证了水泥石的长期完整性;弹性剂则大幅度增强了水泥石弹性,减少了微环隙的形成,提高了水泥石的封隔能力。     

水平井水泥石力学性能的实验评价

为了提高水平井固井质量,需要对水平井水泥石进行科学而准确的评价,从而为有效改善水平井水泥浆性能提供更加可靠的理论依据。通过模拟水平井实际环境条件,对水平井固井常用的两种水泥浆体系进行了性能测试评价,得出其常规性能（析水、流动度、稠化时间等）虽满足固井施工要求,但水平段水泥环的水泥石力学性能表现出整体非均匀性的认识：水泥石胶结强度及弹性模量上部分较下部分小;水泥石泊松比上部分较下部分大,下部分水泥石的弹塑性形变能力较上部分弱;扫描电镜清楚观察到水平段水泥环的上部分疏松多孔,针状物质为纤维,下部分致密、严实。该实验成果为有效解决水平井固井质量问题提供了科学依据。     

气态二氧化碳对气井固井水泥石的腐蚀分析

通过分析和测量水泥石腐蚀后的微观结构、抗压强度、渗透率以及腐蚀量,研究了不同分压、时间、温度下CO2腐蚀对水泥石性能的影响。结果表明:CO2对水泥石产生腐蚀作用的本质在于CO2与水泥的水化产物相作用生成CaCO3等物质,破坏了水泥石的原有组成和微观结构,导致腐蚀后水泥石的抗压强度下降,渗透率增大;随着腐蚀时间、CO2分压和腐蚀温度的增加,腐蚀后的水泥石抗压强度降低、渗透率增大、腐蚀率增加。提出了设计抗CO2腐蚀性固井水泥浆体系的基本方法。研究气态CO2对水泥石的腐蚀规律,对于开发和设计抗CO2腐蚀性固井水泥浆体系、提高油气田开发效益等都具有重要意义。     

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。     

力学测试中油井水泥石直径及高径比取值界限研究

针对水泥石力学测试中缺乏对样品尺寸系统研究的问题,通过实验对不同直径、不同高径比的水泥石进行覆盖性测试,借助统计学方法对测试数据进行统计分析,发现水泥石的抗压强度和杨氏模量随直径或高径比的变化而变化。研究结果表明：圆柱水泥石模型力学测试的最佳直径为23.0～29.0mm,最佳高径比为2.1～2.6。该研究为水泥环完整性分析、水泥环材料改性等研究中确定样品尺寸提供了科学依据,为水泥石力学测试标准的统一提供了数据支持。     

固井水泥石的硫化氢腐蚀机理与抗腐蚀方法研究

在含H2S气体的油气田开发中,H2S的腐蚀问题很严重,不仅腐蚀套管,而且对水泥石的腐蚀也很严重。在这些油田开发中,固井问题变得复杂,如果我们能研究清楚H2S对固井水泥石的腐蚀问题,那么就能更好的采取防治措施防止H2S对固井水泥石的腐蚀,更能防止对套管的腐蚀。本文分析了固井水泥石H2S腐蚀的腐蚀机理,以及影响因素,阐述了固井水泥石抗H2S腐蚀的机理、方法、水泥浆体系,耐H2S腐蚀水泥浆类型。     

致密油藏超长水平井固井水泥石力学性能评价

准格尔盆地吉木萨尔致密油储层具有特低渗、层厚、砂泥岩薄互层发育等特点,采用超长水平井开发,必须对超长水平井段射孔及多级压裂才能实现商业化开采。超长水平井射孔及多级压裂对水泥石完整性会造成不可逆破坏、存在层间窜流风险。因此,研制了韧性膨胀防窜水泥浆体系,并结合力学软件和室内实验,优化水泥浆的防窜性能和水泥石抗拉强度、抗压强度、弹性模量、泊松比等力学参数。结果表明:优化后的水泥浆体系具有较强的防窜性能,静胶凝值从0 Pa上升至200 Pa,时间为3.5 min;水泥石膨胀率达1.4%,可较好解决微环空问题;水泥石抗压强度38.6 MPa,抗拉强度4.25 MPa,弹性模量3 616.0MPa,泊松比0.37。与常规水泥石相比,优化后的水泥浆体系和水泥石性能既能够确保超长水平井的固井质量,同时又能满足压裂施工后水泥石完整性和封隔性要求。     

压痕法评价煤层气井固井水泥石断裂力学性质

深部煤层气井高压注入压裂、水平井分段压裂、CO₂地质封存等复杂工况对井筒环空封隔能力提出了更高的要求。为了探究煤层气井固井水泥石本体破坏原貌特征、水泥石断裂力学性质对环空封隔失效的影响,通过实地解剖沁水盆地晋城矿区煤层气井的固井情况,基本查明了煤层气井井筒环空水泥环的破坏情况,并利用压痕法(IM)对该矿区煤层气井固井水泥石原样进行维氏硬度、断裂韧度的实验测试,研究其在不同载荷下的变化规律。研究结果表明:①该区煤层气井井筒封隔失效的主要形式包括固井水泥环的第一、第二界面的开裂形成流体通道,以及水泥环本体脆性断裂形成高角度垂向裂缝和断块体;②水泥石的高脆性导致硬度随载荷增加先降低再升高,现用固井水泥浆体系的高脆性是其在射孔、压裂环节封隔失效的关键内在因素;③断裂韧度随着载荷的增大逐渐升高,后期维持在0.71 MPa·m^1/2,抗裂性能较差;④射孔冲击在水泥石中形成辐射裂纹,压裂期间高压流体的挤注导致射孔辐射裂纹失稳扩展并形成垂向裂缝窜槽和断块。结论认为,采用抗冲击型高韧性复合水泥可以控制射孔阶段固井水泥石的辐射裂纹尺寸,有利于防止煤层气井井筒环空...     

固井水泥环微间隙与微裂缝的模拟试验方法

对于固井水泥环微间隙和微裂缝模拟试验方法以及自修复评价试验方法,目前尚未统一。为了顺利开展固井水泥环自修复技术研究,基于大量的探索实验,提出了两种模拟微间隙和微裂缝的试验方法:使用不锈钢钢管模拟套管,通过先在套管内壁涂抹均匀的钻井液液膜,然后灌入固井水泥浆的方法模拟固井水泥环微间隙;通过直接灌入水泥浆(内壁无钻井液液膜),待试样固化后再对钢管外壁施加机械挤压力的方法模拟固井水泥环的微裂缝。从抗窜强度测试、试验误差分析和无损伤CT扫描等方面,对模拟试验方法的可靠性、稳定性和模拟样品的微观形态进行了分析研究。结果表明,该模拟试验方法简单易行,微裂缝与微间隙模拟的过程和微观形态与实际工况接近,试验数据稳定可靠。结论认为,该模拟试验方法能够较好地应用于固井水泥环自修复技术研究和固井水泥浆力学性能分析测试。     

固井纤维水泥射孔实验研究

为进一步了解纤维水泥改善水泥石射孔后出现脆裂的情况,通过实弹射孔及射钉枪射孔实验,研究了纤维对射孔后水泥石的阻裂机理,并利用电镜扫描的手段对射钉枪射孔后留下的孔道以及孔道周围的裂缝进行了分析,研究表明:小试件条件下,实弹射孔试验过程中无纤维水泥试件形成毁坏性的破碎,而纤维水泥在射孔后可以保留完整的孔道,证明了纤维水泥有助于射孔完井作业的成功;纤维水泥石受到射孔冲击后,纤维可以吸收外来冲击波的作用,减缓水泥石的变形,从而破坏强度不至于任其裂纹发展形成脆性破坏;在孔的壁面上可以明显看到纤维对裂纹的阻裂作用;纤维的桥联作用增加了水泥材料本身的临界能量释放率,这使得纤维水泥石在完成钢钉枪射孔后孔内剖面比较完好。     

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。     

胶乳对水泥石三轴力学形变能力的作用

针对套管、水泥环、地层三者间形变不协调而引起油气井生产后期层间封隔失效的问题,采用美国GCTS公司三轴岩石力学测试系统RTR-100,准确地测定了在三轴应力直接加载及三轴应力多周循环两种加载方式下水泥石的力学形变能力。实验结果表明,水泥浆中添加一定量的SBR胶乳,在降低油井水泥石抗压强度的同时增大了油井水泥石在低应力作用下的弹性形变和在高应力下的塑性形变,提高水泥石抗冲击破坏的能力。     

玻璃纤维对硫铝酸钙水泥石力学性能的影响

随着油气田开采难度和井下情况复杂化程度的增加,常规水泥环易发生脆裂,进而影响水泥环的层间封隔作用,影响井筒完整性。硫铝酸钙水泥是一种性能优良的固井水泥材料,为了了解硫铝酸钙水泥在固井工程中应用的潜力,制作了玻璃纤维增强硫铝酸钙水泥石（CSA/GRC）样品,利用X射线衍射法分析不同龄期硫铝酸钙水泥的晶体水化产物;通过三轴应力-应变实验,测试CSA/GRC固井水泥石的力学性能;采用扫描电子显微镜观察CSA/GRC固井水泥石断裂面的微观形貌,分析玻璃纤维在硫铝酸钙水泥石中的增韧机理。研究结果表明:CSA/GRC固井水泥石具有良好的韧性和力学形变能力,轴向抗压强度和极限应变值比常规玻璃纤维固井水泥石分别提高了约45%和300%;玻璃纤维与硫铝酸钙水泥体系之间有良好的复合能力,纤维抗腐蚀性能强;通过应力分散作用和桥联作用,玻璃纤维可约束裂缝的进一步扩展,从而提高固井水泥石的韧性。     

89105井膨胀水泥防水窜固井工艺

89105井是1口双断面调整开发井,二开钻进过程中多次发生钻井液气侵、水侵,为实现正压差钻井,防止井壁垮塌,对其固井技术难点和固井质量影响因素进行了分析,优选膨胀水泥浆体系配方,并对其性能进行了调整.根据89105井水泥浆大小样试验结果,通过先期堵漏、缩短水泥浆候凝时间、应用综合固井技术、提高水泥浆顶替效率、平衡压力等,优化固井工艺技术措施,对89105井进行了固井作业.现场应用表明,该井在施工过程中未出现漏失现象,80%封固段声幅值在5%以内,注水见效层段声幅值在30%以内,固井质量合格,为该地区同类井事先正压差作业提供了经验.     

低密度水泥固井质量评价方法的改进

为了防止低压易漏地层发生固井液漏失并有效保护油气层,固井过程中经常采用低密度水泥浆体系。由于低密度水泥浆体系中密度减轻剂的使用,其水泥环的声阻抗值较之常规密度水泥环的声阻抗存在差异,若采用常规密度水泥的固井质量评价标准来评价低密度水泥浆体系的固井质量,则其真实可靠性存在问题。为此,进行了3种常用低密度水泥浆体系的水泥石抗压强度与声阻抗实验,分别测定了水泥石养护时间24 h和48 h的抗压强度和声阻抗值。结果表明,不同类型不同密度的低密度水泥石24 h和48 h条件下的抗压强度与声阻抗具有良好的线性关系,由此得出了考虑第一界面胶结良好时,基于抗压强度的低密度水泥浆体系套管波声幅值计算公式,进而提出了基于低密度水泥石抗压强度的低密度固井质量评价的改进方法,为全面改进低密度水泥浆体系固井质量评价标准奠定了基础。     

深水表层套管固井水泥浆体系的研制及应用

研制了一套深水低温低密度水泥浆体系,并通过室内实验对其主要性能进行了评价。室内性能评价和现场初步应用结果表明,新研制的水泥浆体系低温强度高,稠化时间易于调节,可满足深水表层固井作业的需求。     

New machine for preparation of rubber cement

Chemical and Petroleum Engineering -