庆深气田气井固井水泥浆体系研究

分析了庆深气田固井对水泥浆性能的要求,研制出了抗高温高韧性防气窜水泥浆体系,并对该水泥浆体系性质及水泥石特性进行了实验。结果表明,该水泥浆体系在高温下性能稳定,水泥石具有一定的抗冲击性和韧性,同时因为该水泥浆体系具有塑性胶乳特性,其在候凝期间具有较强的防止气体窜入环空的作用,从而提高了气层的封固质量,防止了气窜。现场应用表明,该水泥浆体系成功解决了气窜问题,固井质量合格。     

低温胶乳盐水水泥浆体系研究与应用

针对浅层盐穴储气库井固井中存在的强度发展缓慢、水泥石韧性差等问题,开发了适用于浅层盐穴储气库井固井的低温胶乳盐水水泥浆体系.室内实验研究表明,该体系具有稳定性好、失水量低、水泥浆稠化时间可调、水泥石力学性能优良等特点,并且胶乳增强了水泥石的弹性形变能力,使水泥石韧性增强,有助于提高水泥石抗冲击破坏的能力.胶乳盐水水泥浆体系综合性能良好,能改善第一、二界面胶结,提高浅层盐穴储气库井固井质量.并成功应用于安宁盐穴储气库安资2井.     

纳米硅乳液水泥浆体系在川东北元坝地区的应用

川东北元坝地区生产套管固井具有井深、温度高、气层压力高等特点,固井防气窜难度大。针对该地区的固井技术难点,设计研究了纳米硅乳液水泥浆体系。该水泥浆体系具有流动性好、API失水量小、零自由液、稠化过渡时间短、防窜效果好等特点,其形成的水泥石具有更低的渗透率,更高的抗压强度、抗冲击韧性、界面胶结强度和抗酸性气体腐蚀能力。研究结果表明,与常规水泥石相比,10%纳米硅乳液加量可以使水泥石抗折强度提高24.2%、抗压强度提高32.0%、弹性模量降低40.4%、渗透率降低81.8%、腐蚀后渗透率降低57.4%,并显著提高界面胶结强度和水泥环防气窜能力。此外,将纳米硅乳液与常规硅粉复配还可以提高水泥石的高温稳定性能。纳米硅乳液水泥浆体系在川东北元坝地区多口井成功应用,固井优良率100%,且井口不带压,较好地解决了元坝地区超深高温高压气井固井技术难题。     

抗冲击防窜水泥浆体系性能研究

通过比较胶乳水泥浆体系和纤维增韧防窜水泥浆体系的力学性能、工程性能以及作用机理可知:掺入胶乳的水泥浆其固化体水泥石的弹性模量能显著降低,但胶乳水泥石的抗冲击功较低,不能提高水泥石的韧性;纤维增韧材料FR可以降低水泥石的脆性,显著提高水泥石的韧性;与胶乳水泥浆相比,纤维增韧防窜水泥浆的增韧和防窜效果更优异,其水泥石抗冲击功增加54%～62%,抗压强度基本保持不变,弹性模量降低18.0%～19.5%,渗透率降低(趋于零),失水量较低,自由水为零,流变性能较好,稠化时间可调,该水泥浆的工程性能满足固井施工的基本要求。     

合平4 致密油水平井韧性水泥浆固井技术

长庆油田延长组由于致密油层物性差、孔隙度和渗透率低,开采难度较大,因此需采用长水平段的大型压裂技术才能获得产能。普通水泥石是多孔、脆性大的材料,大型体积压裂易致水泥石破裂。为了提高水泥环抗冲击能力,确保水泥环的层间封隔能力,研制开发了以增韧材料DRE-100S和乳胶粉DRT-100S为主剂的韧性水泥浆体系,该体系的24 h抗压强度为22.9 MPa,弹性模量相比普通水泥石降低30%以上,实现了水泥石"高强度低弹性模量"韧性改造,增强了水泥环在动态冲击条件下的层间封隔能力。该体系成功应用于长庆油田合平4井φ139.7 mm生产套管固井,固井质量优质,可以推广应用。     

DRK韧性水泥浆体系的研制

为了提高油井水泥环抗射孔、压裂等动态冲击能力,提高水泥环射孔后层间密封能力,进行了提高水泥石韧性试验研究。研制出了抗冲击韧性水泥外加剂。该外加剂主要是在胶联剂的作用下通过高分子聚合物型增韧剂提高水泥石的韧性和变形能力,并在室内进行水泥浆常规性能评价试验基础上,利用材料动态力学性能测试装置和射孔模拟实验装置进行了抗射孔冲击能力的评价试验和现场射孔对比试验。试验表明,DRK韧性水泥浆具有速凝、早强、低失水和"直角稠化"的特性,有利于防止和控制水、气窜的发生,不仅能有效地提高固井质量,而且能够提高水泥环的抗射孔(或压裂)冲击能力,有利于延长油井寿命,提高产能。     

胶乳水泥浆的室内研究及应用

为了有效提高水平井水泥环胶结强度,提高固井质量,通过对现有胶乳添加剂的改善和优选,开发出一种新型胶乳水泥浆体系。对该体系的失水控制、防漏失性能、流变性、稳定性、稠化时间及水泥石力学性能进行了室内实验。实验表明,胶乳水泥浆具有良好的流变性和较高的沉降稳定性,能有效控制失水、防止环空窜流;水泥石的渗透率低、弹性及抗拉强度高、抗冲击能力强;能有效提高第一界面和第二界面的胶结强度,延长水平井寿命。     

华北油田复杂井固井技术

针对华北油田二连阿南，哈南高压注水采油区块和冀中潜山深井区块固井难度大和固井质量差等问题。华北石油管理局钻井工艺研究院在二连地区采用早强，膨胀和低失水水泥浆，并配合使用套管外封隔器，两凝固井工艺技术。解决了低温高压注水调整井固井作业中存在的问题，提高了固井质量；在冀中地区采用低密度，高强度，零析水，成膜型降失水水泥浆，配合采用双压双凝固井工艺技术，有效防止了井漏，油水互窜等井水复杂事故，提高了固井质量。早强，膨胀和低失水水泥浆低温早强，失水量小于200mL，在凝结过程中能产生有效膨胀，初凝和终凝时间较短，能有效防止气窜及油水互窜，成膜型降失水水泥浆失水量小于100mL，密度和稠化时间易调；有机塑性高分子胶粒在水泥凝结过程中由于被压缩而微膨胀，能有效补偿水泥石孔隙压力，达到防窜，改善水泥石韧性和变形能力的目的。     

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。     

大庆油田抗高温水泥浆体系室内研究

为满足大庆油田勘探开发的要求,研制出了抗高温水泥浆体系(DGT),该水泥浆API失水量可控制在100 mL以内,稠化时间可调,且流动性较好;通过引进抗高温稳定剂,解决了水泥浆高温分层问题,并且提高了水泥石的抗压强度;该水泥浆还具有抗窜能力,能防止气窜的发生;其水泥石的渗透率比普通加砂水泥石降低了近73%,从而提高了水泥石的耐腐蚀性.该水泥浆的研制成功不但保证了超深井固井施工的安全,还能够提高固井质量,并对油气层保护起到很好的作用.     

水泥浆防气窜能力评价仪的研制与应用

在固井过程中 ,为了防止水泥浆发生气窜 ,需要对水泥浆防气窜能力进行评价。通过对固井水泥浆凝固特性的研究 ,研制出了可模拟井下条件的室内“水泥浆防气窜能力评价仪”。该仪器是根据水泥浆柱的有效压力因失重降至气层压力以下时 ,气体窜入单位长度浆柱所需的压差与上窜距离或上窜速度的对应关系来确定水泥浆防气窜能力 ,对防气窜固井水泥浆的配方设计及防气窜水泥添加剂的开发可起到关键性作用。该仪器的结构、工作原理 ,以及水泥浆防气窜能力评价方法已申请国家专利。     

高密度防气窜水泥浆

针对南海莺琼盆地地质条件复杂，钻探井深在5000 m以上，井下温度高，地层压力大，压力层系多，易发生气窜等问题。以丁苯胶乳、发气剂作为防气窜外加剂，以1200目铁矿粉作为加重剂，以硅粉控制水泥石强度衰退，研究出了一种新型抗高温防气窜高密度水泥浆体系。结果表明：所研制的水泥浆密度可达2.35 g/cm³、抗温可达180 ℃（BHCT）、失水量可降至70 mL/30 min左右，早期抗压强度高达14 MPa以上，易于保证封固质量；水泥浆的流变性好,稠化时间可调，且稠化时间受温度波动、水质变化以及前置液污染的影响在可控范围内。因此，该水泥浆能够满足现场施工要求；水泥浆的自由水小于0.5%，养护后水泥石没有发生体积收缩且上下密度差较小，具有良好的浆体稳定性和凝结固化稳定性；水泥浆凝固过程，稠化过渡时间短（t_{100 Bc}-t_{30 Bc}＜15 min)，稠度阻力系数值小于0.110，气窜阻力达2.28 MPa，能有效防止气窜。     

低成本防窜水泥浆体系固井技术

针对安塞油田和靖安油田的调整井、底水油藏井、油气水层活跃井和不平衡压力下的油气水窜固井难题．研制出了GJl01低成本防窜油井水泥浆外加剂。它由铝酸盐聚合物GJL、微膨胀材料GPZ、强触变性材料GCB和高效减水剂GJS组成。室内对GJR-1低成本防窜油井水泥浆的稠化时间、抗压强度、线性微膨胀率以及抗温性能的评价表明。该水泥浆具有低温高早强、短过渡、微膨胀、强触变的特性。现场应用表明．该水泥浆促凝作用明显，可降低顶替水泥浆的泵压．提高顶替效率；过渡时问短，增加了抗窜阻力；微触变性和内聚力高；早期抗压强度高；水泥浆硬化后具有一定的微膨胀性．可防止微裂缝、微裂隙的形成．有效地改善第一、第二界面的胶结质量．防止环空界面窜流。采用该体系固井600多口．油层段固井合格率为100％．优质率超过90％。     

大牛地气田固井防窜水泥浆体系研究与应用

大牛地气田具有低压、低渗、个别井段易漏和固井后易气窜的明显特点,因此,对于储层的保护显得相当重要,气田对固井工程来说,在保证固井质量的同时尽量减少进入地层的水泥浆滤液和水泥浆颗粒,最大限度地保 护气层。在2004年之前大牛地气田固井质量极不稳定,通过分析研究,发现水泥浆的性能严重影响固井质量。针对水泥浆性能影响固井质量的原因分析,通过水泥浆体系和水泥石的室内试验与评价,优选出适合本工区的 水泥浆体系,固井质量取得了比较理想的效果。     

吉林油田双坨子地区气井固井技术

针对吉林油田双坨子地区上部地层低压易漏、气层多、分布井段长、气水层间互易造成固井漏失和层间互窜的技术难题,进行了气井固井对策分析。根据防气窜水泥浆体系应满足的条件,对防窜水泥浆外加剂进行了选择,筛选出了具有良好防窜性能的G302水泥浆体系,对防窜水泥浆体系性能进行了评价,形成了以采用G302防窜水泥浆为主,配合采用双凝水泥和"三压稳"为辅的综合防窜技术,提出了以JSS-1冲洗液配合NCH-2隔离液为主的适合低压易漏条件下提高顶替效率的技术措施。2005年在双坨子地区应用该技术进行了4口井现场施工,固井质量全部优质,解决了该地区多层系、长封固段条件下气井固井难题,形成了一套指导该地区气井固井的综合配套技术,并为解决类似的气井固井问题探索出了一条有效的技术途径。     

防气窜泡沫水泥浆的研究与应用

长庆气田属低压低渗透气田．气层多．含气井段长，压力梯度不等，固井时易发生气侵窜槽．造成水泥石界面胶结不良。针对长庆气田的特点，研究出了防气窜泡沫水泥浆，外加剂由氮气发气剂GFQ-1和GFQ-2、稳泡剂GWP和缓凝剂GH-2组成，GFQ-1和GFQ-2与GWP之问的最佳比例为4g：5mL；8mL。现场试验表明，GFQ-1与GFQ-2的反应平稳，气体量易控制；泡沫封闭稳定，渗透率低，泡沫细小、均匀．不易破裂．在浆体中均匀分布；浆体稳定性和流动性好．游离液为零；水泥石抗压强度高。水泥浆密度低；水泥浆具有可膨胀性和可压缩性．直角稠化，水泥石胶结强度高，可有效防止油气水窜．防气窜泡沫水泥浆配方简单．施工方便，成本低。气层井段优质率为87％，合格率为100％。     

委内瑞拉ANACO区块气井固井难点及对策

委内瑞拉ANACO区块地层破裂压力梯度低,有高压水层和低压气层,环空容易发生气窜,并含有H₂S和CO₂,呈泥质砂岩。基于以上认识,ANACO区块固井的复杂性主要源于水泥基材料固有的缺陷和地层条件的多变性,正确认识地质条件对固井的影响和选择合适的固井材料、工艺措施是解决固井难题的基本出发点。针对该地区地质因素,从分级注水泥、双密度或多密度水泥浆体系工艺上、水泥浆及外加剂选择等方面进行了研究;同时结合现场固井状况进行了对策方案归纳,并对腐蚀深度和防气窜性能进行实验探索。结果表明,研发的防窜防腐蚀水泥浆最低密度为1.2 g/cm3,且上下密度差低于0.03 g/cm3,游离液接近0,抗压强度高,渗透率低;通过引入防腐蚀材料BCE-750S后,硅酸盐水泥石在7、30和60 d的腐蚀深度大大降低,能够解决当地环空气窜、含有H₂S和CO₂酸性气体等问题。      

莺歌海盆地高温低压定向井旋转尾管固井技术

南海莺歌海盆地某气田A15井是一口典型的高温低压定向深井,井底温度高、地层压力低、尾管固井环空间隙小,若采用常规尾管固井技术固井顶替效率低,易发生气窜和漏失,高温低压气层井段的封固质量难以保证。为提高该井尾管固井的质量,该井采用了旋转尾管固井技术和高温胶乳防气窜水泥浆体系,与优选出的油基钻井液冲洗液和隔离液配合,通过预测旋转扭矩和尾管的居中度,完成了该井高温低压储层段Φ177.8 mm尾管固井作业。高清扇区水泥胶结测井结果证实,该井尾管固井井段气水隔层和射孔井段封固质量达到良好,高压水层封固质量合格,与采用常规固井技术的邻井A9井相比,尾管固井质量大幅提高。A15井旋转尾管固井的成功,为南海莺歌海盆地高温低压定向井尾管固井质量的提高提供了一条新途径。      

低温短候凝水泥浆体系室内研究

在导管、表层套管固井中,由于地层温度较低,油井水泥强度发展缓慢,候凝时间长,增加了钻井成本,并易造成环空窜流,影响固井质量和作业安全。针对目前国内油井水泥早强剂种类少、某些油井水泥早强剂存在早强效果不佳以及对水泥浆流变性影响较大等问题,通过室内试验筛选出一种新型的无氯、含晶种复合型早强剂SW-Z1,从而形成了一套密度1.30~1.90 kg/L的低温短候凝水泥浆体系。低温短候凝水泥浆体系的室内性能评价试验结果表明,该水泥浆体系具有直角稠化、低温候凝时间短、早期强度高、流变性能好,防气窜能力强等优点,可满足不同地层压力条件下的低温浅井固井需求。