SN井区抗高温液硅-胶乳防气窜水泥浆

SN井区井底静止温度高,气层非常活跃,压稳与防漏难度大,单纯胶乳防气窜水泥浆体系应用效果不理想。液硅乳液作为纳米级防气窜剂,活性SiO₂颗粒可参与水泥水化反应,具有增强水泥石强度、降低水泥石弹性模量和渗透率作用。在优化硅粉加量和粗细硅粉复配的基础上,研制出抗高温液硅-胶乳防气窜水泥浆,其具有API失水量小于50 mL、直角稠化、SPN值小于1、防气窜效果好、沉降稳定性好等特点;SEM和XRD分析显示,水泥石致密性好,水化产物中无Ca（OH）₂,而具有较多的雪钙硅石和硬钙硅石,高温下水泥石表现出良好的强度稳定性。液硅-胶乳防气窜水泥浆在SN井区进行了入井应用,实现了对高压气层的有效封固,取得了良好的效果。      

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。     

胶乳水泥浆的防气窜性能评价及应用

介绍了一种新型水泥浆防气窜评价方法,并采用该方法分别对胶乳水泥浆与未加胶乳水泥浆进行了防气窜性能评价,对水泥浆进行了失水量、静胶凝强度及气窜评价实验,结果表明,胶乳水泥浆具有良好的防气窜性能.将胶乳水泥浆在四川龙岗62井进行了现场应用,固井效果良好,未发生气窜,与室内气窜性能评价实验结果一致.     

高温防气窜胶乳水泥浆的室内研究

为满足高温井固井对防气窜水泥的特殊要求，研制出了一种高温防气窜胶乳水泥浆体系。胶乳由苯乙烯（St）、丁二烯（Bd）、聚乙烯醇等制备而成，具有稳定性好的特点。介绍了胶乳的制备条件，室内评价并分析了胶乳的高温降失水性能、耐温性能以及胶乳水泥石的性能。利用美国CHANDLER公司7150型气窜模拟分析仪研究了胶乳水泥浆的防气窜性能。通过用X’Pert ProX射线衍射仪分析水泥石受不同腐蚀介质腐蚀后的组分变化，研究了胶乳水泥浆的耐腐蚀性能。     

新型抗高温聚合物/胶乳防气窜水泥浆体系在南海流花深水区块的应用

针对南海流花深水区块的油气层具有井底温度高、渗透性好等特点,研制出了一种新型的适用于深水油气层固井的抗高温聚合物/胶乳防气窜水泥浆体系。通过室内实验,给出了适用于不同温度下的水泥浆体系配方,并对其常规物性、流变性和防气窜性能进行了评价。现场应用结果表明,该水泥浆具有抗高温、低滤失量、防气窜等特点,应用的3口深水井油气层段固井质量全优。     

苯丙胶乳水泥浆防气窜效果与失重规律分析

水泥浆候凝期间,因其失重引发的环空气窜,是导致气井环空带压的重要因素之一,掌握水泥浆失重模式与规律,是预防环空气侵的重要基础。以苯丙胶乳防气窜水泥浆为研究对象,采用压力传导精确测量装置进行了水泥浆失重试验,测量了不同胶乳加量、温度、气压、模拟井筒深度等条件下水泥浆浆柱压力的变化,进行了防气窜效果评价与失重规律分析。试验发现:在气层压力（18 kPa）高于底部浆柱压力（12～16 kPa）的情况下,苯丙胶乳水泥浆依然可有效防止气窜;水泥浆形成触变或胶凝结构后压力快速降低,随着水化反应进行压力缓慢降低,稠化前压力再次加速下降,而气窜应出现在第一拐点附近。基于该研究成果,可对水泥浆的防气窜性能进行评价,以优选出适合高压气井的防气窜水泥浆,并为建立水泥浆失重预测模型提供试验基础。      

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。     

微膨增韧胶乳防气窜水泥浆的实验研究

针对庆深气田深井气井防气窜固井的需求,在胶乳水泥浆基础上,通过加入纤维和膨胀剂研制出了微膨增韧胶乳防气窜水泥浆.用冲击功实验和水泥浆膨胀仪对纤维和膨胀剂的适宜加量进行了优选.性能评价结果表明,加入0.5%纤维和1.5%～2.0%膨胀剂,对水泥浆的流动度、游离液、失水无影响,但提高了水泥石抗压强度;该水泥浆具有理想的直角稠化曲线,有利于防止气窜的发生,而且稠化时间可调.该水泥浆在庆深气田4口深井气井中进行了试验应用,4口井均没有发生气窜且固井质量好,表明,该水泥浆能够满足深井气井固井施工的要求.     

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。     

温敏性膨胀微胶囊防气窜水泥浆体系

以丙烯腈（AN）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）和丙烯酸甲酯（MA）共聚物为壁材,异丁烷为芯材,采用悬浮聚合法制备了一种温敏性膨胀微胶囊防气窜剂,并使用激光粒度分析仪、扫描电子显微镜、油井水泥水窜/气窜模拟分析仪和水泥浆凝结收缩测试仪,探索了异丁烷用量对温敏性膨胀微胶囊防气窜剂膨胀性能的影响,评价了温敏性膨胀微胶囊防气窜水泥浆体系的防气窜效果。实验结果表明,在单位质量（100 g）的去离子水中加入质量比为3∶0.4∶2的AN∶MA∶MMA,30%的异丁烷,1%的引发剂过氧化月桂酰（LPO）,0.1%的交联剂1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯（BDDMA）,20%的分散剂纳米二氧化硅,反应温度为65℃,在氮气保护下制备得到温敏性膨胀微胶囊防气窜剂。该样品初始膨胀温度为70℃,最佳膨胀温度为83℃,最高耐温达120℃,膨胀倍率约为50。油井水泥水窜/气窜模拟分析测试和水泥浆凝结收缩测试结果显示,温敏性膨胀微胶囊防气窜剂添加量大于等于2%时能弥补水泥水化过程中的体积收缩,其水泥浆体系防气窜性能良好。      

复合加砂抗高温防衰退水泥浆体系路

普通加砂G级水泥无法满足异常高温固井,水泥石高温强度衰退严重。针对高温深井固井问题,开展了在145~180℃下35%硅粉加量水泥石强度衰退机理研究,探索了170~200℃高温下硅粉粒度、加量及硅粉复配对水泥石强度发展的影响规律,优化出抗高温防衰退水泥浆体系。研究结果表明:①在温度大于160℃下,加量为35%硅粉的水泥石养护30 h时开始强度衰退,温度越高,衰退越早;②根据粗、细硅粉对水泥石强度发展的影响,得出0.18、0.09 mm硅粉及液硅比例为30:60:10,复合加量70%时,可以抑制200℃水泥石强度衰退;③优化出抗温为170~200℃、密度为2.08~2.41 g/cm3的复合加砂抗高温防衰退高密度防气窜水泥浆体系。通过以上研究,不但抑制了水泥石强度持续衰退,也改善了水泥石长期力学性能,对高温高压气井的良好封固提供技术支撑。      

胶乳水泥的原子力显微结构研究

利用原子力显微镜对胶乳水泥石和常规水泥石的微观结构进行观察和研究,结果发现:常规水泥浆水化产物颗粒状聚集相尺寸较小,分布较分散,排列疏松;而胶乳水泥样品中颗粒状聚集相尺寸较大,分布较紧密,这是因为胶乳的加入促进了钙矾石的形成和发展.天津胶乳水泥以针状或纤维状物质为主.纹路清晰,定向排列整齐;雪弗龙胶乳水泥也以针状或纤维状物质为主,有少许絮状物质;江苏胶乳水泥絮状物质较多,针状物质较少;常规水泥几乎没有针状物质,有较多粒径小于1μm的块状和絮状物质,且分布不均匀.3种胶乳水泥中,在针状物钙矾石周围附着着海绵状胶乳模结构,此结构能够桥堵微裂缝,并抑制微裂缝的扩散,对于降低失水、控制气窜、提高水泥石塑性和界面胶结强度有较大影响.     

抗高温硅酸盐水泥浆体系研究

针对高温条件下,常规硅酸盐加砂水泥浆体系存在的稳定性差、水泥石抗压强度衰退和开裂等问题,有针对性地开展了水泥高温增强材料优选、水泥石力学性能优化和抗高温硅酸盐水泥浆体系综合性能优化等研究,结果表明,高温条件下,掺加火山灰类高活性矿物材料能保证水泥石抗压强度良好发展,无衰退现象;优选的晶须/纤维材料对水泥石“降脆、增韧”作用显著,水泥石高温养护无开裂现象,且弹性模量能控制在9.0 GPa以内;通过配套使用高性能抗高温降失水剂、缓凝剂和高温稳定剂等外加剂,水泥浆体系综合性能良好,具有低失水、高温稳定性好、稠化时间可调、过渡时间短等特点。该研究成果对保证深井、超深井固井安全,提高固井质量具有重要意义。      

磷酸盐水泥固井技术在LKQ地区X井火烧油层的应用

为有效开发稠油资源,TH油田在LKQ地区X井进行注空气火烧吞吐/火驱开发先导试验。该地区主要目的层渗透率高,易产生漏失,引起固井质量问题。通过分析磷酸盐水泥耐高温抗酸蚀机理,决定使用超声强度发展较快的耐高温、耐CO₂腐蚀的磷酸盐水泥浆进行固井作业。该磷酸盐水泥浆由磷酸盐水泥BCM-600S、降失水剂BCF-600L、缓凝剂BCR-600S和消泡剂G603组成。性能评价结果表明,设计的耐高温耐腐蚀磷酸盐水泥浆固化体耐温达到550℃,高温强度长期不衰退,综合性能满足施工要求。X井采用磷酸盐水泥全井封固,封固段优质率达93.8%,固井质量合格。该磷酸盐水泥可以推广应用。      

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。      

新型两性离子固井降失水剂的合成与性能评价

以丙烯酰胺（AM）、丙烯酸（AA）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和一种新型阳离子单体（X）为原料,采用自由基水溶液聚合法,通过正交实验,优选出最佳合成工艺,合成出一种新型耐盐、抗高温、适用温度范围广的降失水剂TSM-1。用红外光谱、核磁共振和热失重分析对其进行表征,并对添加降失水剂TSM-1水泥浆体系的综合性能进行评价。实验结果表明,聚合物TSM-1中含有4种单体的特征官能团,热稳定性高。降失水剂TSM-1缓凝效果弱,不影响水泥石强度,TSM-1与不同类型水泥和固井缓凝剂配伍好,综合性能优异。由于在聚合物分子结构中引入一种功能性阳离子单体,合成的降失水剂TSM-1有较宽的适用范围,最高可达200℃,可控制饱和盐水水泥浆失水量在50 mL以内,满足固井施工要求。通过化学分析、扫描电镜等方法得出降失水剂作用机理为:两性离子通过多点吸附作用牢牢吸附在水泥颗粒表面,形成一层吸附膜,在失水压差下,吸附膜被挤压、充填于水泥颗粒孔隙中,堵塞失水通道、降低泥饼渗透率,从而控制失水量。      

大温差低密度水泥浆体系在NP36-3804井的应用

NP36-3804井是新堡古2平台的一口开发井,钻井液密度为1.35 g/cm3,完钻井深为4 714 m,要求水泥浆一次性封固至地面,对水泥浆的稳定性和温度敏感性提出了更高的要求。通过实验,优选BXE-600S作减轻剂,其是一种根据颗粒级配理论配制的具有水化活性的水泥外掺料;用BCJ-310S作悬浮剂,其由无机材料与有机材料复合得到,其对混灰影响小;用AMPS多元共聚物BCG-200L防气窜剂,优选了耐高温、温度加量敏感性小、性能稳定的大温差缓凝剂BCR-260L,开发并使用了1.35和1.50 g/cm3的高强度低密度水泥浆体系。实践表明,该水泥浆体系流变性好,无游离液,密度差控制在0.03 g/cm3,API失水量在50 m L以内,稠化时间均满足施工要求,具有低温早强和水泥石抗压强度高等性能,能够满足封固生产套管的抗压强度要求。     

低温高强韧性水泥浆在致密油水平井的应用

长庆油田致密油延长组油层埋藏浅,井底静止温度低,常规水泥石强度发展慢、脆性强,大型体积压裂易导致水泥环密封完整性破坏,严重威胁致密油开采和油井寿命。针对以上难题,优选了低温促凝早强剂DRA、低温增强材料DRB和膨胀增韧材料DRE-300S,并结合配套固井外加剂,开发了综合性能良好的低温高强韧性水泥浆体系。该水泥浆体系在55℃条件下,24h抗压强度达到35.8 MPa,168 h抗压强度为50.6 MPa,抗压强度较常规体系提高了33.1%,弹性模量降低了14.3%,表现出良好的低温高强韧性特性,增强了水泥环在交变应力作用下的密封完整性。该体系在长庆致密油水平井φ139.7mm生产套管固井中进行了4次现场应用,现场应用效果良好,为低温高强韧性水泥浆体系的推广应用奠定了技术基础。      

盐探2井固井水泥浆技术

盐探2井是为探明东营地区地下矿盐资源而投资部署的一口重点探采井.针对该井完钻钻井液密度高(1.87 g/cm<'3>)、平均环容小、水泥环薄、井底静止温度高(143 ℃)、固井封固段长、环空静压力高、钻遇盐水层等复杂情况,经过大量研究与室内实验,优选出了前置液,完善了水泥浆设计方案,开发出了高密度抗高温低失水缓凝增韧水泥浆体系.该水泥浆具有一定的抗压强度、良好的稳定性和较好的失水控制能力,稠化时间易调,其在盐探2#φ177.8mm尾管固井中进行了成功应用,现场注水泥225t,施工顺利,固井质量为优,实现了开发目的.