酰胺改性碳纳米管对固井水泥浆性能的影响

为提高无分散剂条件下碳纳米管在固井水泥浆中的分散性,对碳纳米管表面进行酰胺化改性并进行了红外表征,通过水泥石中不同区域导电性的差异程度来评价其分散效果,同时考察了酰胺化碳纳米管对固井水泥力学性能和综合性能的影响。研究表明,碳纳米管分散剂（阿拉伯胶）加量大时对水泥浆存在缓凝、沉降等消极影响,使得水泥石强度降低51.4%,上下密度差达1.309 g/cm3;对碳纳米管进行酰胺改性后,无分散剂条件下可实现碳纳米管在水泥浆中的均匀分散,空间导电率方差与未改性相比降低为原来的0.1%以下;改性材料的水润湿性更强,掺入0.06%酰胺化碳纳米管可使固井水泥浆的抗压强度、抗折强度、抗拉强度、抗冲击功分别提高33%、30%、61%、33%。酰胺化碳纳米管对固井水泥浆的稠化、析水、失水等综合性能均无影响,同时可分别降低水泥石渗透率和孔隙度达22.9%和25.5%。结果表明,酰胺化碳纳米管在无分散剂条件下能够均匀分散于固井水泥浆中,并且提高其力学性能,具有一定的应用前景。     

粉末丁腈橡胶对固井水泥浆性能的影响

为开发适用于复杂井固井的柔性水泥浆体系,研究了粉末丁腈橡胶对固井水泥浆性能的影响,并观察了粉末丁腈橡胶水泥石微观形貌。研究结果表明,粉末丁腈橡胶表面包覆稳定,对水泥浆流变性和稠化时间影响较小,可以降低水泥浆的失水量,改善水泥浆稳定性。养护7 d后,含有3%粉末丁腈橡胶的水泥石试样的抗压强度较空白水泥石下降12.9%,但是其抗折强度和抗冲击强度分别提高了17.3%和19.7%。与空白水泥石相比,含有4%粉末丁腈橡胶的水泥石试样最大应变提高了58.1%,弹性模量下降49%。粉末丁腈橡胶加入到水泥浆中,水泥浆固化后橡胶粉填充在水泥水化产物之间,降低了水泥石脆性,提高了抵抗冲击载荷的能力。粉末丁腈橡胶能用于设计性能优良的柔性水泥浆体系。图11表2参18     

赵53井泡沫水泥浆固井技术

因地层压力复杂、邻近断层,赵53井固井施工时存在易发生油气水窜和水泥浆漏失的问题,而且封固段较长.为此,研制开发了密度低、强度大且防窜性能好的新型泡沫水泥浆体系,并对其性能进行了试验研究.该井应用泡沫水泥浆固井施工顺利,固井质量合格.     

复杂井固井低密度水泥浆体系性能研究

针对低压易漏地层固井中易漏失、流体窜槽和高浓度盐水对水泥环柱的腐蚀问题，提出以保持低密度水泥浆密度的稳定性为基础，突出水泥浆的触变性和使水泥石体积有一定微膨胀性能为依据的观点。通过改善水泥石的自身防腐蚀性能，研究出一种独特的密度为1.30~1.45 g/cm³的粉煤灰复合低密度水泥浆体系，以此来满足复杂井低密度固井的需要。室内评价了该粉煤灰复合低密度水泥浆体系的密度稳定性、触变性、界面胶结强度、防腐蚀性能。结果表明，该水泥浆体系不仅具有非常好的密度稳定性和良好的触变性，而且水泥石的体积有一定量的膨胀能提高界面胶结强度和水泥石较强的耐一定浓度盐水的腐蚀的性能，从而可将腐蚀介质对套管的腐蚀转化为对水泥石的腐蚀，延长套管和油气井的使用寿命。     

霍10井超高密度水泥浆固井技术

霍10井是新疆油田公司准噶尔盆地南缘霍尔果斯背斜的一口重点探井,为寻找南缘新的勘探领域、研究南缘的油气及油气分布规律而部署.该井属于典型的高压油气井;第三系安集海河组以下地层均存在异常的高压地层,并且受山前构造高地应力的影响,井壁易塌、易漏、易缩径,地层极不稳定,目的层可能存在高压气层,不确定因素很多;固井施工工艺复杂,施工技术难度大.分析了霍10井的固井难点,进行了技术准备,采取了一些技术措施,配制了密度高达2.60 g/cm3的超高密度水泥浆,改进了固井设备,优化了固井参数,通过研究与应用,形成了一套超高密度水泥浆固井技术.应用所研究的技术在霍10井进行现场固井施工,固井质量为合格.     

降低固井水泥浆密度的新技术

针对现有低密度固井水泥浆存在的一些问题,介绍了一种有效降低水泥浆密度的新技术,即使用新型密度减轻材料———美国3M公司生产的中空玻璃微球(HGS)作为密度减轻剂。介绍了中空玻璃微球HGS的基本特点,对HGS低密度水泥浆进行了杨氏模量和抗张强度实验、压力和温度循环下的胶结强度实验、钻穿测试实验及现场测试,并与泡沫水泥浆和硅酸钠水泥浆进行了对比。实验及测试结果表明,添加了中空玻璃微球HGS的水泥浆有效地降低了密度,并且其混合、泵送及抗压强度、胶结质量等完全可以满足井下作业的要求。     

高温固井水泥浆体系的研究

本文概述了国内外使用的高温固井水泥浆及其外加剂体系及其发展方向。通过对高温水泥浆降失水剂、缓凝剂等外加剂的研究,水泥浆抗温达190℃(BHCT),稠化时间可调,水泥石强度发展快,强度稳定,失水控制低,综合性能满足河南油田泌深1井固井工程的要求。     

水平井固井水泥浆技术

本文论述了水平井固井面临的主要技术问题以及针对问题对水泥浆性能的要求。同时介绍了水平井固井水泥浆室内试验与常规试验的不同之处。总结了长庆局水平井固井水泥浆技术的研究，发展与完善情况及其所取得的成绩。     

高性能微珠表面性质及其对水泥浆性能的影响

采用扫描电镜（SEM）、元素分析（XPS）、硅钼黄法、姜黄试纸法、滴定等方法,分析研究了固井水泥浆中所用高性能空心玻璃微珠（简称空心微珠,HGM）的表面性质,并评价了空心微珠对水泥浆性能的影响。结果表明,空心微珠外表呈大小不等球体,少量球体表面存在孔洞缺陷,除玻璃的主要组成外,表面含有少量有机偶联剂;表面存在硅酸钠、硼酸钠等少量可溶性附着物,附着物含量随批次不同有所不同,其中附着物含量过大会对固井水泥浆的性能产生不良影响,其中的可溶性硼含量是影响水泥浆性能的主要因素,固井使用时应对其进行控制。根据目前实验,认为硼砂含量低于0.38%对水泥浆的影响不大,因此尽量选用硼砂含量此范围内的微珠使用。      

影响油井水泥浆流变性的因素

油井水泥浆的流变性是水泥浆配方设计的核心及安全施工的前提。本文分析了影响油井水泥浆流变性的主要因素：水泥的矿物组成（主要讨论中间相）即Ｃ４ＡＦ和Ｃ３Ａ对水泥浆的流变性影响很大,而易与硫酸盐反应生成钙矾石（ＡＦｔ）,不利于水泥石的长期稳定性;碱含量即Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ总含量,熟料中碱对水泥浆的影响超过Ｃ３Ａ;当水泥的粒度（比表面）颗粒粒径大于７５ｕｍ时,分散剂几乎不起作用;温度主要是通过加速或延缓水泥的水化速度而影响水泥浆的流变性;压力的增加会加速水泥的水化;化学外加剂也能改善水泥浆的流变性。并提出了水泥浆配方流变学设计的试验流程。     

可再分散乳胶粉对低温固井水泥浆性能的影响

对比分析了添加可再分散乳胶粉前后低温固井水泥浆常规性能、渗透率、界面胶结强度以及微观形貌的变化。实验结果表明,可再分散乳胶粉能显著降低水泥石渗透率,提高界面胶结强度,加量为4.0%时,渗透率降低了94.2%,一、二界面胶结强度分别提高了66.4%、84.1%;通过微观形貌分析可以看出,可再分散乳胶粉能改善水泥石本体、界面处微观结构,使其更加致密、平整。乳胶粉加量小于3%时,对水泥浆稠化时间、流动度、抗压强度等常规性能影响较小,加量大于3%时,有一定增稠、缓凝、延缓强度发展现象。     

可再分散乳胶粉对低温固井水泥浆性能的影响

对比分析了添加可再分散乳胶粉前后低温固井水泥浆常规性能、渗透率、界面胶结强度以及微观形貌的变化。实验结果表明,可再分散乳胶粉能显著降低水泥石渗透率,提高界面胶结强度,加量为4.0%时,渗透率降低了94.2%,一、二界面胶结强度分别提高了66.4%、84.1%;通过微观形貌分析可以看出,可再分散乳胶粉能改善水泥石本体、界面处微观结构,使其更加致密、平整。乳胶粉加量小于3%时,对水泥浆稠化时间、流动度、抗压强度等常规性能影响较小,加量大于3%时,有一定增稠、缓凝、延缓强度发展现象。     

抗200℃高温水泥浆体系的研制

随着钻探深度的不断加深,井底温度越来越高,由于中国生产的水泥外加剂很难满足实际需求,只能从国外引进,很大程度地增加了超深井完井成本.因此通过研究合成工艺,研制出了抗温能力在200 ℃以上的抗高温缓凝剂、降失水剂和稳定剂,并进而开发出了抗高温水泥浆体系.水泥浆常规性能评价和井下工况模拟评价结果表明,该体系在高温环境下具有性能稳定、稠化时间可调、控制失水能力强、沉降稳定性好、抗压强度高、适应性强、一次封固能力高等特性,能够满足井底循环温度达200℃的超深井固井需求.     

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。     

高温水泥浆体系研究与应用

针对土库曼斯坦南约洛坦气田膏盐层固井对高温抗盐水泥浆性能的要求,研究了高温缓凝剂GHN和高温抗盐降失水剂GFL.GHN由有机膦酸钠盐、有机酸组成,对水泥浆其它性能无不利影响,对水质和水泥品种适应性强,其加量与稠化时间具有良好的线性.GFL为单磺酸四元共聚物AA-AM-VP-AMPS,抗温达180℃,抗欠饱和盐水.为提高固井质量,在高温水泥浆中还使用了硅粉、稳定剂及微膨胀剂.该高温水泥浆性能优越,应用温度范围为100～180℃,失水量在100mL以内,在土库曼的7口井中进行了试验,现场施工顺利,固井质量合格率为100％,解决了该气田高温盐膏层固井技术难题及高压、多气层固井过程中井漏与气侵并存的问题.     

高强度超低密度水泥浆体系实验研究

国内外利用颗粒级配和紧密堆积理论研究开发了1.20～1.65 kg/L的低密度水泥浆体系,解决了固井中的许多技术难题.但是,对于密度为1.15～1.30 kg/L的超低密度水泥浆体系还缺乏系统的研究.以最紧密堆积和颗粒级配理论为依据,建立了最佳模型,精选出了以G级水泥、微细水泥、空心微珠和玻璃微珠为主体的四级颗粒级配系统,配合适量的激活剂研究出了密度为1.15～1.30 kg/L的超低密度水泥浆体系,并率先在实验室模拟出了超低密度水泥浆返至地面的室温候凝施工过程.解决了低密度水泥浆体系的稳定性和高早期强度等难题,具有良好的性能和现场推广应用价值.     

水泥浆悬浮剂研究进展

水泥浆悬浮剂是固井外加剂中起步较晚,种类较少的一种材料。本文对目前国内外水泥浆悬浮剂及相关材料进行了分类总结,对这些材料用作水泥浆悬浮剂的应用及优缺点进行了分析。另外,针对目前水泥浆悬浮剂存在的问题和研究现状,探讨了水泥浆悬浮剂的发展趋势。