可抑制稠化异常的新型油井水泥缓凝剂的研究

针对油井水泥缓凝剂在90～150℃内易出现“鼓包”、“台阶”等异常胶凝现象,利用接枝共聚法制得含有支链结构、抑制性强的支化聚合物类缓凝剂DR150,并对其稠化性能及其水泥浆的综合性能进行了评价。评价结果表明,加有DR150的水泥浆体系在90～150℃范围内初始稠度低、稠化时间可调、过渡时间短、温度和加量敏感度小、无倒挂及超缓凝现象,还可有效抑制“包心”等稠化异常现象的发生,综合性能良好。DR150在大庆油田徐家围子区块进行了现场应用,固井质量优质。DR150的研制对保证非常规油气、深层气等资源勘探开发效果,改善深井、超深井的封固质量具有重要的应用价值。      

固井用高温缓凝剂的研究与应用

针对油井水泥常用的AMPS/IA共聚物类缓凝剂在130～150℃区间易出现稠化时间“倒挂”现象，影响固井施工安全和固井质量的问题。通过AMPS和IA单体进行自由基溶液共聚，在共聚过程中与乙二胺四乙酸二钠EDTA-2Na、十六烷基三甲基氯化铵CTAC复配，研制了一种可防止高温稠化时间倒挂的缓凝剂BH-R103L，并对其综合性能进行了评价。评价结果表明：BH-R103L具有可靠的抗温及调凝效果，加有BH-R103L的水泥浆体系在120～150℃范围内稠化时间可调，150℃下加量为2%(BWOC)时，水泥浆的稠化时间大于300 min，稠化时间与加量呈线性关系，稠化时间倒挂现象消除、初始稠度低、温度和加量敏感性小、稠化线形正常、与AMPS类高温降失水剂配伍性良好，能抑制高温浆体“包心”现象，在60℃下养护的水泥石抗压强度发展快，其他综合性能均满足固井施工要求。BH-R103L在四川泸州区块泸203H153平台深井页岩层进行了现场应用，声幅测井检测封固段固井质量合格。     

新型缓凝剂BCR260L性能评价及现场试验

针对深井长封固段固井时顶部水泥浆超缓凝的问题,研制了一种新型缓凝剂BCR-260L。通过室内试验评价了缓凝剂BCR-260L的缓凝性能、大温差条件下水泥石强度发展、抗盐性能,结果表明:该缓凝剂具有很好的耐高温性能,适用温度范围广,可满足循环温度70~180 ℃固井需求;根据现场对水泥浆稠化时间的要求,可通过调整缓凝剂BCR-260L的加量,调节水泥浆的稠化时间;缓凝剂BCR-260L对水泥石后期强度发展基本无影响,在大温差条件下强度发展快,能保证固井施工时顶部水泥浆强度发展;缓凝剂BCR-260L抗盐能力可达15%。现场应用表明,缓凝剂BCR-260L可以有效解决高温大温差条件下顶部水泥浆超缓凝的问题,具有广泛应用前景。      

油井水泥缓凝剂SDH-2的性能研究及应用

为满足深井固井对水泥缓凝剂的特殊要求,研制出了一种高温耐盐缓凝剂SDH-2.该缓凝剂由碱、醛、亚磷酸制备,具有工艺简单、成本低的特点.介绍了SDH-2的制备条件,考察了反应物配比和催化剂加量对产品性能的影响,并在室内评价了SDH-2的缓凝性能、耐温抗盐性能、配伍性能以及对水泥石抗压强度的影响.结果表明:SDH-2在40～170 ℃的范围内具有优良的缓凝效果,缓凝时间可调性好,稠化曲线理想,抗盐性良好,与降失水剂、减阻剂有良好的相容性,对油井水泥选择性小,水泥石抗压强度高.SDH-2在现场应用了6口井,结果表明:该缓凝剂解决了深井固井中水泥浆稠化性能不稳定,稠化时间难以控制的问题,水泥浆具有良好的流动性能,满足不同井眼条件下固井对水泥浆流动性能的要求;同时水泥浆抗压强度发展迅速,高温条件下水泥石性能稳定,符合深井固井的要求.     

海水水泥浆体系的室内研究

在进行海上作业时,淡水的库存置往往无法满足固井作业的要求.评价了不同降失水剂和缓凝剂对海水水泥浆性能的影响,优选出一套以自行研制的降失水剂FL-2和缓凝剂CHP-12L为主剂的海水水泥浆体系,分析了FL-2和CHP-12L的作用机理.室内研究结果表明,该海水水泥浆体系的稠化时间可调,过渡时间短,呈近直接稠化;缓凝剂对温度不敏感,能有效地防止井温波动对固井工作的影响;能够满足深部地层(3 000～4 000 m左右)、井温为130℃左右地层的固井作业要求.该体系可以节约淡水资源,降低固井作业成本.     

高温深井水泥浆体系在徐闻X1井的应用

针对徐闻X1井井底静止温度高达160℃给油层套管固井带来的技术难题,首次选用了适于井温范围在90~150℃的高温深井固井水泥浆体系应用于该井。对高温新型降失水剂TW 110L和缓凝剂TW 302L等外加剂进行了室内试验,在施工现场与固井所用的水样、水泥和硅粉进行了配伍性试验。现场试验表明:该水泥浆体系在高温下性能稳定,稠化时间易于调节,过渡时间短,稠化曲线基本呈直角,且水泥石抗压强度符合质量要求,能满足徐闻X1井油层套管的固井需要。高温深井水泥浆体系在徐闻X1井油层套管固井的成功应用表明,该体系能解决由于井下高温而引起的固井技术难题。     

超高温缓凝剂DZH-3的性能研究

针对目前国内超深井对固井缓凝剂的需求,研制了高温缓凝剂A、B,然后将A、B以一定比例复配得到抗200 ℃的超高温缓凝剂DZH-3.评价了超高温缓凝剂DZH-3在150～220 ℃不同温度下及不同加量下的抗高温性能、高温稳定性能、高温抗压性能和综合性能等.结果表明:超高温缓凝剂DZH-3在不同加量下,水泥浆体系的稠化时间具有线性可调性且无超缓凝现象;加有DZH-3的配浆水在陈化14 d后,浆体的稠化时间及稠化曲线仍具有重现性;浆体在高温下24 h强度发展迅速,具有较高强度,无高温高压强度衰退现象;综合性能能满足固井现场的施工需求.     

高温盐水水泥浆体系的室内研究

在盐膏层固井作业时,常规的淡水水泥浆不能满足固井作业的要求。在评价了不同缓凝剂和不同降失水剂对盐水水泥浆性能影响的基础上,优选出了以缓凝剂CHY-5和降失水剂CFL-2为主剂的含盐量为18%(BWOW)盐水水泥浆体系,并分析了和CFL-2的作用机理。室内研究表明:缓凝剂CHY-5对温度不敏感,能有效的防止井底温度波动对固井工作的影响;降失水剂CFL-2能有效控制体系的滤失量;优选的盐水水泥浆的稠化时间可调,过渡时间短,呈近直角稠化;能满足深部地层(约4 000 m)、井温约140℃的地层固井作业的要求。     

耐高温油井水泥缓凝剂SCR180L 的合成及评价

针对深井、超深井、长封固段固井中大温差下水泥浆顶部强度发展缓慢或超缓凝的难题,以2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸（AMPS）、N- 乙烯基吡咯烷酮（NVP）和衣康酸（IA）为原料开发了新型高温缓凝剂SCR180L,并用红外光谱对共聚物的结构进行了表征。室内研究表明,SCR180L 可满足循环温度范围为70~180 ℃的固井需求;100 ℃、50 MPa 下,加入0.9%~1.8%SCR180L 的水泥浆稠化时间延长到127~331 min;150 ℃、70 MPa 下,加入2.7%~3.6%SCR180L 的水泥浆稠化时间延长到214~409 min,且随缓凝剂的加量增加而有规律的延长;温差70 ℃条件下水泥浆强度发展良好,24 h 水泥石强度大于14 MPa;缓凝剂抗盐能力可达到18%。现场应用结果表明,缓凝剂SCR180L 耐温性能好,温度适应范围广,对水泥石抗压强度的影响不明显,可以满足深井、超深井及长封固段、大温差固井的应用需求。     

油井水泥缓凝剂CT11—3的研究与应用

本文介绍了有机膦酸油井水泥缓凝剂ＣＴ１１－３的实验室合成，中型放大试验，性能评从和现场投井试验结果。该缓凝剂在５０－１７０℃温度范围内具有优良的缓凝效果，稠化时间可调，稠化曲线理想，与常用其它油井水泥外加剂具有良好的相容性，所配制的水泥浆综合性能良好，能满足不同井温固井施工的要求。     

油井水泥宽温带缓凝剂SD210L的研制与应用

四川和新疆地区的部分钻井深度已达7000 m, 长度2 500～3 600 m的技术套管悬挂固井井段已很常见,水泥浆柱顶部和底部温度差大（已达120 ℃）,60～180 ℃宽温带缓凝剂成为解决大温差固井难题的瓶颈。为此,研制了由含磺酸基、双羧基以及酰胺等功能基团的两种单体共聚物--宽温带缓凝剂SD_210L。实验测评其综合性能：SD_210L缓凝剂稠化时间可调、稠化曲线平稳、呈直角稠化;与不同类型的降失水剂复配均可有效降低水泥浆滤失量;高温浆体在中低温条件下水泥石早期强度高;抗盐能力强。先后20井次成功应用到四川盆地龙岗气田礁滩、安岳震旦系等气藏的Φ177.8 mm或Φ168.3 mm长封固段大温差尾管固井作业中。结果表明,SD_210L克服了大温差对高温水泥浆体系带来的“超缓凝”问题,与现有高温缓凝剂相比,SD_210L适应的井下温度更宽更高且不含磷酸酯因而更环保。     

火烧吞吐井用抗高温耐腐蚀水泥浆体系

火烧吞吐采油技术是近年来发展很快的一种具有明显优势和潜力的热力采油方法,其特殊的采油工艺需要开发一种同时具有抗550℃以上高温和耐CO₂腐蚀性能的水泥浆体系。从水泥石耐高温和抗腐蚀机理出发,研发了一种磷铝酸盐水泥GWC-500S,该水泥通过对铝酸盐水泥加入磷酸盐、氧化铝粉、耐腐蚀材料、激活材料等进行改性而得,同时研发了配套的多元单体聚合的液体降失水剂GWF-500L及无机酸缓凝剂GWR-500S,并配制出了适用于火烧油层固井的水泥浆体系。对50、300和600℃不同温度下水泥石进行XRD实验,分析了不同温度下水泥水化产物和水化产物随着温度变化的情况;对600℃煅烧后水泥石剖面进行了扫描电镜分析;对磷铝酸盐水泥经过550℃高温煅烧7 d后的强度变化进行了评价;在120℃、CO₂分压约为6.9 MPa条件下,对水泥石耐CO₂腐蚀性能进行了评价。研究结果表明,该体系具有在40~100℃范围内稠化时间可调,API失水量小于50 mL,水泥浆流变性能良好等特点,且该水泥石可耐550℃高温强度不衰退、抗CO₂腐蚀性能良好、密度可调、稠度适中、稳定性良好,与钻井液、隔离液相容性良好。该水泥浆在××油田火烧油层吞吐试验区块英试×井进行了试验应用,经室内实验和现场应用证明,其满足火烧油层固井工艺要求。      

接枝改性聚乙烯醇的合成及性能评价

聚乙烯醇(PVA)作为油井水泥降失水剂,适用温度较低(120℃),难以满足高温固井的需求。以PVA1788、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和交联剂乙二醛等为原料,合成了一种油井水泥降失水剂接枝改性聚乙烯醇(PVA-1)。室内试验评价了添加降失水剂PVA-1的水泥浆的耐温性能、流变性能、稠化性能、抗压强度和防气窜性能等。试验结果表明,加有降失水剂PVA-1的水泥浆API失水量可以控制在50 mL以下,抗温能力接近150℃;加有PVA-1的水泥浆稠化时间稍有延长,抗压强度不降低,抗析水能力增强;其与分散剂DZS和缓凝剂DZH的配伍性良好,还能提高水泥浆的防气窜能力。综合分析认为,合成的PVA-1能够满足150℃以下高温固井的需求。      

一种中高温四元共聚物缓凝剂的合成及性能

针对缓凝剂在中高温过渡范围内水泥浆中性能不佳的问题,以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）和N,N-二甲基丙烯酰胺（NNDAM）为原料,过硫酸铵为引发剂,采用水溶液聚合法合成了一种四元共聚物缓凝剂。利用红外光谱分析表征了聚合物结构,证明样品中无单体存在,单体充分进行了共聚反应。性能研究结果表明,在80～120℃范围内,合成缓凝剂对油井水泥具有很好的缓凝性能,且对温度不敏感,在同一温度下,随着缓凝剂用量的增加,稠化时间也随之增加,缓凝剂的加量与稠化时间具有很好的线性关系,在100℃下,加量为0.8%、1.0%和1.5%时的稠化时间分别为161、197和227 min;加量相同时,随着温度的升高,缓凝时间有所变短,未出现“倒挂”现象,加量为1.5%时,在80、100和120℃的稠化时间分别为248、227和208 min;该缓凝剂在80～120℃范围内对水泥石抗压强度影响小,抗盐达到18%,与其他水泥浆外加剂配伍性好。对缓凝剂机理也进行了分析。      

新型低密度水泥减轻材料SXJ-1的研制及应用

针对超长封固段低压易漏层顶替压力高、固井风险大、易发生漏失和憋泵等问题,研制了新型低密度水泥减轻材料SXJ-1,并进行了现场应用。利用缩聚反应得到了改性环氧树脂并与活性SiO2、固化剂等复配开发出了新型低密度水泥减轻材料SXJ-1;以SXJ-1为减轻材料,根据紧密堆积理论,通过加入早强材料XC-1及具有水化活性的复合增强材料XE60S,配制出密度为1.3~1.5 kg/L的实心微珠低密度水泥浆,评价了该水泥浆的基本性能,分析了压力与搅拌速度对其密度的影响。结果表明,该水泥浆具有良好的基本性能,随压力及搅拌速度变化其密度也会发生变化,但其变化量在0.03 kg/L以内,且性能无明显变化,具有良好的承压能力及抗剪切性能。电镜扫描试验显示,该水泥浆形成的水泥石结构致密,无明显破碎渗水现象,有利于提高水泥石的综合性能。配制的水泥浆已在胜利油田应用30余井次,全部实现单级固井一次返至井口的目的,合格率达到100%。研究认为,新型低密度水泥减轻材料SXJ-1具有良好的承压能力及抗剪切性能,用其配制的实心微珠低密度水泥浆能够解决超长封固段低压易漏层的固井难题。      

1.15 g/cm3超低密度水泥浆的研究与应用

针对鄂北工区低压、易漏失地层的固井难题,中原固井公司通过研发轻质水泥,优选高强空心玻璃微珠减轻材料,与超细微硅进行级配,建立三级级配模型,确立了超低密度设计构架。选用AMPS类降失水剂、低密度增强剂、早强剂、缓凝剂等外加剂优化浆体性能,研究出一套高强度超低密度水泥浆配方,该水泥浆适用温度为60~120℃,密度为1.15 g/cm3,失水量为40~42 mL,游离液量不大于1.0%,稳定性密度差为0,300 min内稠化时间可调,呈直角稠化;常压40℃下72 h水泥石抗压强度为12.1 MPa,满足现场施工需求。开展混拌工艺研究,建立了分级混拌工艺,混拌大样与小样水泥浆性能符合率达到了98%,保证了水泥浆性能的稳定。通过在鄂北大牛地区块D12-P42、D17-2及DK13-FP1井等3口井的应用,固井过程中没有发生漏失,固井质量合格率为100%,实现了井筒的完整性,为低压易漏地层固井提供了技术支撑。      

高温油井水泥缓凝剂ZRT-1的合成及性能

针对水溶性聚合物在水泥浆中耐高温性能的局限性,笔者突破传统水溶性共聚物的研究思路,设计了无机非金属材料-有机聚合物高温缓凝剂ZRT-1,通过正交实验法及单因素法确定了ZRT-1的最佳合成工艺,AMPS：IA：AA的物质的量比为7.0：1.5：1.5,偶联剂加量为0.5%,无机材料加量为1%,引发剂加量为1.5%,单体质量分数为30%,pH值为4,反应温度为65℃,反应时间为8 h ;分别采用红外光谱（FT-IR）,热重分析（DSC/DTG）、凝胶渗透色谱（GPC）等对ZRT-1进行了表征。结果显示,ZRT-1具有预期结构和官能团,热稳定性好,重均分子量为10 091,数均分子量为2020,分子量分布为4.99 ;对ZRT-1的性能评价结果表明,水泥浆稠化时间随ZRT-1加量的增加呈线性增加,随着温度的升高也呈线性降低,具有加量和温度可调性;ZRT-1加量为0.4%～1.5%时,水泥浆在114～230℃、54～90 MPa时的稠化时间在200～400 min之间可调,稠化曲线平稳,过渡时间短且呈直角稠化。     

新型油井水泥缓凝剂的研制

针对大温差长裸眼固井施工中,高温高压下缓凝剂加量敏感或者失效,水泥浆稠化时间缩短或不规律;施工结束后,长封固段顶部强度缓凝会导致气窜和密封完整性失效的现状。通过正交实验优化实验方案,合成耐高温有机缓凝剂,再采取有机-无机杂化的方式匹配适合的无机增强材料,利用无机和有机杂化的方法,设计层状结构,使有机材料能插层或者键合到无机材料表面。在油井水泥浆经历的低温-高温-低温过程中,随无机材料层间距的变化,低温时无机材料起增强主导作用,高温时有机材料起缓凝主导作用。优选了层状石墨烯类和双电子层水滑石类2种无机增强材料,根据无机材料本身的特点研制2种新型油井水泥缓凝剂,其中层状石墨烯类缓凝剂适应性强,耐温能力达150 ℃,110 ℃大温差条件下72 h强度大于7 MPa;双电子层水滑石类缓凝剂耐温能力也达150 ℃,加入该类缓凝剂的水泥浆流变性能易于调节,水化初期强度发展较快,但后期增强能力不如层状石墨烯类缓凝剂。上述缓凝剂室内制备工艺简单,原料易得,具有广阔的推广应用前景。