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。     

水泥外掺料粉煤灰活性激发剂试验研究

粉煤灰能提高和改善水泥性能,特别是能有效地降低水泥的水化热。粉煤灰作为外掺料加入油井水泥中,虽然水泥石后期强度较高,但其早期水化活性很低,温度较低时甚至几乎没有活性可言,随着粉煤灰的掺量增加,水泥石早期强度急剧下降,致使粉煤灰在油井固井中受到严格限制。原因是,粉煤灰本身不能单独进行水化反应产生强度,需要激发剂激发其活性,粉煤灰的研究关键在于其活性激发剂的研究。因此,在室内进行了大量实验,实验证明:以无机盐复配的活性激发剂J-1,能有效地激发粉煤灰的活性,可使粉煤灰与水泥掺入量达到1:1以上,应用于表层固井可用到接近2:1,且保持较高的早期强度,同时,可使水泥石膨胀,提高界面胶结强度,有一定的防窜能力,另外,粉煤灰的颗粒较水泥大,对堵漏有一定贡献。     

矿渣MTC水化机理实验研究

针对钻井行业中采用矿渣MTC进行油气井固井的特点,利用XRD对矿渣MTC水化过程产物以及膨润土等进行了物相鉴定实验研究,根据硅酸盐化学理论、无机材料化学理论,分析了矿渣MTC的水化机理.研究结果表明:矿渣由大量玻璃体和少量水泥熟料晶体组成,膨润土中含有大量的钠蒙脱石和石英,使其与玻璃体的性能相似,可以在强碱作用下被激活.硅酸三钙、硅酸二钙、硅钙石等都可以水化生成硅酸钙凝胶和Ca(OH)₂,随着钙硅比的减小,它们的活性减弱,并且生成的硅酸钙凝胶也具有不同的钙硅比.反应过程的水化产物Ca(OH)₂可以作为矿渣的激活剂,与SiO₂作用生成低钙硅比的C-S-H凝胶,其中水泥熟料物质的水化进程与其在24h之内的水化特性相吻合.     

适用于低温地层的纳米复合水泥浆体系研究

为解决低温地层钻探过程中的井壁坍塌和井漏问题,研制了适用于低温地层的纳米复合水泥浆。采用宏观试验与微观分析相结合的方法,研究了低温下纳米Al₂O₃对硅酸盐–硫铝酸盐复合水泥浆性能和水化过程的影响;以普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复合产生的水化协同效应为基础,结合纳米Al₂O₃、防冻剂EG、减水剂JS-1和早强剂TEOA,配制了纳米复合水泥浆NAC;采用扫描电镜、X射线衍射和水化放热试验相结合的方法,研究了NAC的低温水化过程及水化机理。试验得知,温度为–9 ℃时,纳米复合水泥浆具有良好的初始流动性,可泵期为57 min,初、终凝时间分别为84和101 min,24 h抗压强度为6.9 MPa。研究结果表明,NAC具有直角稠化效应,低温下性能优越,能够满足钻进低温地层时的护壁堵漏要求。      

低温固化阻水透油防砂材料的室内研究

针对浅层低温地层出砂和油井采出液高含水的问题,开展低温固化阻水透油防砂材料室内研究。将石英砂、环氧树脂、相对渗透率调节剂等通过共混工艺制备了一种低温固化阻水透油防砂材料,利用FT-IR、热重、扫描电子显微镜等分析了防砂材料及其人造岩心的固化机理、热稳定性、微观形貌等,通过岩心驱替装置考察了人造岩心的抗压强度和水/油相渗透率。实验结果表明,含有30%相对渗透率调节剂的防砂材料在低温(30～70℃)条件下,固化形成的人造岩心抗压强度达到4.22 MPa以上;同时,相对渗透率调节剂加量为30%的人造岩心的水相渗透率和油相渗透率分别为963×10^-3和5513×10^-3μm²,表现出优异的阻水透油性。所合成的防砂材料在低温(30～70℃)条件下能满足低温浅层井的防砂阻水的要求。     

基于粉煤灰-矿渣胶凝增强材料的研究与应用

为解决固井低密度水泥浆体系早期强度低、与水泥配伍有偏差以及成本高等问题,以粉煤灰、矿渣为研究对象,使用XRF、XRD、SEM等检测手段对原材料的化学成分、比表面积及微观形貌进行表征,得出粉煤灰、矿渣颗粒级配分布密集的区域为0.36～89.34、1.56～39.91μm,比表面积为0.822、1.790 m²/g,且呈现出光滑且密集堆积的现象。通过对增强材料作用机理分析研究,以粉煤灰水泥浆体系的抗压强度为首要技术指标,优选出无机、有机增强材料,并完成各组分配比分析研究,确定增添材料的最优化加量,形成35%KZ+8%FMH+8%WK+3%NY+2%NS+6%CS的增强材料,制备了碱激发粉煤灰矿渣复合胶凝材料,研究了碱激发粉煤灰-矿渣复合胶凝增强材料在QZ、FMH水泥浆体系不同加量的反应进程、微观结构以及抗压强度的变化规律,评价综合性能,当QZ、FMH水泥浆增强材料加量至10%、9%时,其性能达到应用要求。初步现场应用7井次,固井封固井段合格率为100%,固井质量结果达到预期目标,增强材料应用效果良好。     

玉门油田细粉砂低温油藏防砂技术研究

为解决玉门油田细粉砂低温油藏防砂技术难题，研究了一种新的人工岩层防砂技术，分析了人工固结岩层防细粉砂的机理。对新型防砂材料的固结条件、固结温度、固结岩心的强度、渗透率和孔喉分布进行了室内试验研究，结果表明，防砂材料能在20℃的低温水环境中固结，固结岩心渗透率大于3μm^2，强度大于4MPa，岩心孔喉分布均匀，最小防砂粒径为4μm。现场应用表明，该防砂技术成功率高，可解决高泥质含量的低温细粉砂岩防砂技术难题。     

载体对Mn-Ce催化剂低温SCR脱硝性能的影响

使用3种组成不同的钛白粉作为载体,采用浸渍法制备Mn-Ce/TiO2,Mn-Ce/TiO2-SiO2,Mn-Ce/TiO2-WO3催化剂,采用XRD,BET,SEM等方法对催化剂的微观结构及形貌进行表征,探索SiO2、WO3的掺加对催化剂脱硝活性和抗硫性能的影响。结果表明：掺加SiO2、WO3有助于增大载体的比表面积及催化剂表面活性酸中心数量,催化剂的脱硝活性和抗硫性能得到提高;在空速为10 000 h-1、反应温度为100 ℃的条件下,Mn-Ce/TiO2催化剂上NO去除率仅为30%,Mn-Ce/TiO2-SiO2和Mn-Ce/TiO2-WO3催化剂上NO去除率分别为45% 和50%;当反应气中含有150 μL/L的SO2时,在反应温度为150 ℃、反应时间为270 min的条件下,与不含SO2时相比,Mn-Ce/TiO2催化剂上NO去除率从80%降低至40%,Mn-Ce/TiO2-SiO2和Mn-Ce/TiO2-WO3催化剂上NO去除率从84%降至55%和70%。     

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。     

磷酸处理提高Hβ催化剂低温醚化活性的研究

针对分子筛低温醚化活性较差的缺点,采用磷酸溶液对Hβ基底催化剂进行处理,用XRD,BET,NH3-TPD,Py-IR等手段对酸处理前后的样品进行表征,并对其低温醚化性能进行考察。结果表明：磷酸处理对催化剂晶体结构无破坏作用,可提高硅铝比,使孔分布范围变宽,扩孔效果明显,催化剂的酸量和酸强度得到适度降低,而中强酸和B酸位数量明显增加;磷酸处理可以显著提高催化剂的低温醚化活性,酸处理形成的大孔有利于反应物和产物在孔道内的扩散,提高催化效率,而中强酸比例和B酸位的增加是提高低温醚化活性的关键,其中经0.5 mol/L磷酸处理的催化剂样品醚化效果最佳,异戊烯转化率可达65.04%,甲基叔戊基醚选择性为97.55%。     

矿渣油井水泥研究

利用高炉水淬矿渣的化学组分以及水化活性、热力学稳定等特性并通过大量的研究和实验,将它作为一种外掺料替代部分油井水泥熟料,研制出了矿渣油井水泥。与G级油井水泥相比,矿渣油井水泥与套管的胶结力提高了55.4%,水泥石后期强度提高了28%-34%,水泥石抗腐蚀性提高了50.3%;水泥石抗震裂韧性提高了21.7%,水泥石力学特性不同程度地同时得到提高,满足了固井、射孔、酸化和压裂及后期采油这一系统工程对水泥石高质量的要求。     

一种低温早强低密度水泥浆

低温下,常规低密度水泥浆体系早期强度发展缓慢,水泥石胶结能力差,影响了水泥环封固质量,浅层易漏井固井质量问题日益突出,为此,进行低温早强低密度水泥浆体系研究。根据紧密堆积理论及综合室内实验研究,研制了密度为1.30~1.50 g/cm3的低温早强低密度水泥浆体系,主要优选了超细胶凝材料和锂盐复合早强剂,增加了低密度水泥石的致密性,提高了低密度水泥石的早期强度,25℃凝结时间为13 h,24 h抗压强度为10.2 MPa。该体系具有低温早期强度高,凝结时间短,稳定性好等优点。在大庆油田现场成功应用2口井,固井质量合格率100%,取得良好的应用效果。      

JSS低温抗盐水泥浆体系的研究及应用

为解决低温盐层固井问题,开发了一种新型的低温抗盐水泥浆体系。该体系以抗盐降失水剂JSS为主体,并添加有配套的分散剂及消泡剂。对常规密度抗盐水泥浆的失水、稠化、流变、强度等性能进行了室内评价。该体系在西气东输江苏金坛盐穴型储气库注采气井的固井施工中进行了应用。室内研究和现场试验证明:该低温抗盐水泥浆体系具有失水量低、流变性能好、稠化时间可调、抗压强度高等特点,综合性能能够满足低温盐层固井施工的技术要求。     

一种新型油井水泥低温早强剂

针对水泥石低温情况下强度发展缓慢,影响钻井周期的具体情况,研制开发了早强剂DZ-Z.DZ-Z由多种无机化合物和有机化合物按一定的比例复合而成,具有双重早强作用,它能明显地提高低温下水泥石的早期强度,并能改善水泥石结构,使之致密、渗透率降低.早强剂DZ-Z加量为0.5%～2.0%,适用温度为0～50℃,8 h水泥石抗压强度大于3.5 MPa,随着加量的增加,水泥石强度也迅速增长.同时,早强剂DZ-Z基本不影响浆体的流变性能,还可以根据现场施工所需时间的长短,用缓凝剂调节水泥浆稠化时间,但仍能使8 h抗压强度大于3.5MPa.现场应用表明,低温早强剂DZ-Z在低温条件下明显缩短了固井候凝时间,节约了钻井作业成本.     

深水固井水泥性能及水化机理

针对深水固井中出现的低温、浅层水-气流动问题,测试了G级油井水泥-硫铝酸钙复合深水固井水泥体系的稠化时间、静胶凝强度、抗压强度、长期抗压强度和水泥石体积膨胀率,利用XRD手段表征了不同温度下水化产物和长期水化产物。结果表明:早期主要为硫铝酸钙矿物熟料水化生成钙矾石AFt,使水泥浆具有优异的低温早强、"直角稠化"、静胶凝强度"过渡时间"短和水泥石体积微膨胀的优点;后期主要为C₃S、C₂S水化生成水化硅酸钙凝胶C₂SH₂和Ca(OH)₂,水化硅酸钙凝胶C₂SH₂填充在钙矾石AFt晶体间,使水泥石结构致密,促进水泥石强度持续增长。体系中主要水化产物AFt、C₂SH₂凝胶稳定保证了水泥石力学性能的长期稳定。     

一种油井水泥石高温稳定剂

针对普通加砂水泥石经受高温后抗压强度衰退的问题,研发出一种油井水泥石高温稳定剂,该稳定剂对水泥浆的稠化时间、水泥石常温强度发育、流变性无副作用,与油井水泥外加剂配伍性良好,形成的水泥石高温下（320℃、450℃）抗压强度不衰退,优于加砂水泥石及超细二氧化硅水泥石。同时加入高温稳定剂的水泥浆还具有很好的胶结强度,约是加砂水泥石环的4倍,超细二氧化硅水泥石环的3.5倍。该高温稳定剂在蒙古林油田现场应用2口井,整个施工过程顺利,固井质量较好,一二界面胶结质量良好,具有良好的应用前景。     

高温大温差固井水泥浆体系研究

针对高温深井长封固段大温差固井面临的水泥浆顶部强度发展缓慢、易气窜等固井技术难题.在对高温大温差水泥浆设计难点分析基础上,通过合理设计水泥浆外掺料组成,优选抗高温性能好、对水泥石强度影响较小的外加剂,并研制出一种新型强度调节剂FZ-1,加快水泥石顶部抗压强度发展,最终设计出一套密度为1.90g/cm3,能有效解决顶部水泥浆超缓凝问题的高温大温差水泥浆体系.实验结果表明,该体系沉降稳定性好、失水量小、稠化时间可调、早期强度高且具有良好的防窜能力,能够满足循环温度为110～140℃,温差为50～70℃的高温大温差固井施工要求.     

复杂井况固井低密度水泥浆体系

针对粉煤灰低密度水泥浆体系存在的不足,经过室内研究,开发出了适用于高水灰比条件下的粉煤灰体系稳定剂SSD和早强激活剂TSN,使粉煤灰复合低密度水泥浆性能稳定,密度在1.30～1.45 g/cm3范围内可调,抗压强度较高并具有一定膨胀性.稳定剂SSD是以海泡石这种具有高比表面积纤维状物质为主,它加入到水泥浆体系中,将发挥纤维在界面上的交联与强化作用,以提高水泥石的抗压强度并使水泥浆具有一定的触变性.实验结果表明,稳定剂SSD的加入使水泥浆的析水率有明显减少,保证粉煤灰体系在高水灰比下的稳定性,同时由于稳定剂中还含有活性成分SiO2、MgO,能进一步提高该水泥石的抗压强度以及凝结后水泥石体积有一定量的膨胀,实现水泥环与地层、套管间的良好胶结,提高固井质量.     

低温固井水泥浆体系的室内研究

针对煤层气层的低温固井以及深水表层套管固井中油井水泥早期强度发展缓慢的问题,通过将胶体SiO₂、硫酸盐和醇胺类物质三元复配,开发出一种复合型无氯早强剂AA。研究了该早强剂不同加量对油井水泥的影响,采用XRD、SEM分析水泥水化产物和微观形貌,并结合早强剂中各组分作用,分析了它的作用机理。通过向水泥中加入减轻材料和配套外加剂,形成了一套密度为1.35~1.87 g/cm3的低温固井水泥浆体系。研究结果表明,早强剂AA可以加速水泥熟料C₃S、C₂S的水化反应进程,同时消耗水泥水化生成的Ca(OH)₂,胶体SiO₂可以与Ca(OH)₂发生火山灰反应生成C-S-H凝胶,它可以填充水泥颗粒之间的微孔隙,显著提高水泥石早期强度;该低温固井水泥浆在30℃下的24 h抗压强度大于13 MPa,稠化时间在196~258 min之间,失水量为24 mL,游离液为0,流动度大于20 cm。此外,该水泥浆体系具有直角稠化、防气窜性能优异等优点。      

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。