油井水泥与钢管胶结界面处微观结构研究(I)

阐述了微观结构研究的意义,研究了静态养护条件下油井水泥与钢管胶结界面处的微观结构,结果表明油井水泥与钢管胶结界面处存在大量易冲蚀的Ca(OH)2晶体和高碱性的C-S-H凝胶,是一个结构较疏松、薄弱的过渡带,不可避免地降低了固井水泥环的抗窜能力。     

油井水泥与钢管胶结界面处微观结构研究(I)

阐述了微观结构研究的意义 ,研究了静态养护条件下油井水泥与钢管胶结界面处的微观结构 ,结果表明油井水泥与钢管胶结界面处存在大量易冲蚀的Ca(OH) 2 晶体和高碱性的C -S -H凝胶 ,是一个结构较疏松、薄弱的过渡带 ,不可避免地降低了固井水泥环的抗窜能力     

油井水泥与钢管胶结界面处微观结构研究(Ⅱ)

在动态养护条件下对油井水泥与钢管的胶结界面处微观结构进行了研究。结果表明,动态养护条件下油井水泥与钢管的界面处胶结强度即抗窜能力大幅度降低,与静态养护时完全不一样。在其胶结界面上,Ca(OH)2晶体和高碱性的C-S-H凝胶大量被溶蚀,耐冲蚀的钙矾石等水化产物较发育,存在一个结构疏松、强度薄弱的过渡层,该层是抵抗油气水窜的薄弱环节。     

硫铝酸盐固井水泥石-套管界面胶结强度增强机理

硫铝酸盐水泥是一种潜在固井材料，其固井界面胶结强度及微观结构尚不明确，为此进行硫铝酸盐水泥浆胶结界面胶结强度增强机理实验研究。采用X射线衍射仪研究硫铝酸盐水泥浆的水化机理，利用胶结强度测试装置测定硫铝酸盐水泥浆固井界面胶结强度，利用扫描电子显微镜和X射线能谱分析表征固井界面的微观结构及化学组分。研究结果表明:龄期为1 d、3 d、7 d时，硫铝酸盐水泥与套管的胶结强度比同龄期G级水泥分别提高了24.3%、20.1%和25.3%；微观分析结果表明，套管表面聚集着大量Al元素(AH₃凝胶)，其高聚合度可以降低界面处的孔隙率，从而提高硫铝酸盐水泥石的界面封固性能。     

晶格膨胀剂对水泥-套管界面胶结性能的影响实验

水泥石体积收缩会严重影响水泥-套管界面的胶结强度,而晶格膨胀剂可以弥补水泥石体积收缩,但晶格膨胀剂能否改善水泥-套管界面胶结强度有待进一步研究。利用自行设计的界面胶结强度测定仪定性地测量了膨胀水泥与套管的剪切胶结强度,同时研究了温度和压力变化条件下膨胀水泥与套管的胶结性能,并与常规水泥进行对比,探讨了膨胀水泥与套管界面的微观结构与界面胶结强度宏观力学行为的关系。研究表明：晶格膨胀剂的加入使得水泥-套管界面胶结强度明显下降;同时,晶格膨胀剂使水泥石的弹性模量增大,使水泥-套管界面胶结强度抵抗温度和压力变化的能力变差。为了满足开发过程中温度、压力改变条件下的固井界面封隔特性要求,研究一种既能实现膨胀功能、又能改善界面胶结力和水泥石力学性能的膨胀剂具有重要的意义。     

钻井工程固井胶结界面研究现状

固井质量问题在石油勘探开发中备受关注，对特殊工艺井钻井、油水井开采寿命和勘探开发效益有直接的影响。对固井胶结界面的研究是从根本上提高固井质量的一项基础性研究工作。为了推动固井胶结界面研究工作的开展，分析了国内外近年来有关固井界面研究的文献，阐述了开展固井胶结界面基础研究工作的意义，着重分析了这一研究领域目前所采用的研究方法，以及提高固井界面胶结强度的主要途径。在分析文献的基础上，提出今后深入开展固井界面研究工作的重点是：1）继续完善研究方法；2）重视动态研究；3）从胶结界面的微观结构和钻井工程整体系统的角度开展研究工作；4）注重改善胶结界面水化产物的微观结构和钻井工作液之间的协调增强作用。     

新型纳米油井水泥浆体系的室内研究

由于长期的注水开发,老区油田地下压力层系复杂、地层综合含水率高,对油井水泥的封固质量提出了新的挑战。利用主要成分为经过表面改性和化学接枝的纳米级氧化铁的新型多功能纳米材料(DNF)制得了纳米油井水泥浆。室内研究结果表明,DNF克服了纳米颗粒易团聚、难分散的困难,可与油井水泥干混,施工工艺简单,便于现场贮存和使用;DNF纳米水泥浆流变性能好,水泥石具有微膨胀性;与净浆相比,其15d水泥石抗压强度及界面强度分别提高了90.1%和49.3%,渗透率降低了63%;DNF水泥石的化学组成和微观形貌得到优化,缺陷减少、水化产物堆积紧密,实现了对水泥环胶结"弱界面"的改善。DNF纳米水泥浆可用于改善老油田的固井质量。     

不同养护条件对胶结界面抗气窜强度的影响规律

设计了水浴、空气和先空气后水浴等3种养护条件,利用自行研制的胶结界面抗气窜强度实验仪,研究了不同养护条件对固井胶结界面抗气窜强度的影响规律.试验结果表明:对于相同的水泥浆体系,在含水保水的养护条件下,胶结界面的抗气窜强度较高,耐久性好;而在无水或缺水的养护条件下胶结界面的抗气窜强度很低,即使延长养护时间,界面强度仍然不会提高;胶乳防气窜水泥浆只有在含水的环境中养护才能发挥作用,而在缺水的条件下其抗气窜强度还不如油井水泥净浆;缺水状态会破坏天然气井固井水泥环的界面胶结强度并引起抗气窜强度的降低,是天然气井投产后发生气窜的一个重要原因之一.该结果对研究新的天然气井防气窜理论和方法有重要的启示和指导意义.     

新型钻固一体化技术的界面特性与现场应用研究

固井第二界面的胶结强度与水泥浆本身的性能、水泥浆与泥饼胶结面的强度、泥饼本身的强度、泥饼与地层之间胶结面的强度都有关。在系统分析井筒二界面特性和影响因素基础上,通过在常规钻井液中添加活性材料、界面增强剂等转化而成的钻固一体化工作液,有效地克服了传统固井水泥浆与钻井液及泥饼不相容的难题,通过物理和化学激活,提高了地层-泥饼-水泥环的胶结亲合力,最终将钻井液滤饼由水泥环胶结质量薄弱层转化为增强层,实现了提高二界面封隔质量的目的。该技术在热采生产井、生产井、定向井斜井段进行了多次应用,与邻井的现场应用效果对比,一体化工作液技术可以有效解决层间窜流问题,满足油田改造和增产措施的需要。     

调整井固井弱界面问题探讨

在石油固井作业中,界面的胶结状态直接影响到油井的开发方案、使用寿命及经济效益.为了完善固井工程中的界面胶结问题,给出了"弱界面"的概念,建立了3种弱界面微观结构模型,对弱界面产物及形貌进行了描述;同时进行了弱界面的微观结构研究、声学响应以及剪切强度等方面影响的探讨,给出了弱界面对声学响应及界面剪切强度影响规律,弱界面微观结构越薄弱,声学检测结果越差,界面剪切强度越低.     

河南油田稠油井一体化固井技术研究

针对河南油田稠油井第二界面汽窜问题,开展了油井水泥-泥饼-地层整体胶结一体化固井技术研究。该技术是在不改变现有钻井液、水泥浆体系及性能的基础上,采用化学方法实现水泥环-泥饼-地层的整体胶结,达到大幅度提高固井第二界面胶结强度的目的。通过室内配伍性实验及胶结强度测试,证实了泥饼改性剂(GM-Ⅰ)、凝饼形成剂(GA-Ⅱ)与钻井液、水泥浆配伍良好,水泥环-泥饼-地层的整体胶结作用使固井第二界面胶结强度提高到200%以上。6口井的现场应用表明,固井第二界面胶结质量较邻井显著提高,解决了稠油井第二界面汽窜问题。     

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。     

水泥环弹性参数对套管—水泥环—地层固结体结构完整性的影响

油气井套管试压、压裂等施工作业过程中,套管—水泥环—地层固结体将产生应力与变形响应。过高的载荷作用下,可能会造成水泥环本体破坏、胶结界面撕开等结构破坏形式,危及水泥环的封固效果。应用力学原理及有限元理论,建立了套管—水泥环—地层固结体力学模型,分析了水泥环弹性常数对固结体结构完整性的影响。研究结果表明,水泥环弹性模量较小时,变形能力强,载荷作用下不易于产生结构破坏,卸载后抗撕裂能力较好;高地应力地层条件下,泊松比越小水泥环抗破坏能力越强;低地应力地层,泊松比越大胶结界面抗撕开能力越好。工程中应根据封固井深等具体情况综合考虑加载、卸载两种载荷作用方式对水泥环弹性参数进行优选。     

超高温热循环作用下水泥环完整性及界面力学性能衰退规律

稠油热采井因周期性蒸汽吞吐,造成井筒内的温度波动及持续变化、循环加卸载引发的水泥环完整性问题将威胁到井筒的完整性,导致井口抬升等安全问题频发。为了弄清超高温热循环作用下水泥环完整性失效机理、界面胶结衰退规律,避免蒸汽吞吐过程中套管-水泥环界面胶结失效,提出了超高温热循环环境下水泥环胶结强度评价方法,自主研发了集浇筑、养护、加热及测试一体化的水泥环胶结强度特色测试装置,并对“生产套管-水泥环-技术套管”组合体在超高温热循环作用下的界面完整性和力学完整性进行了测试及评价,获得了水泥环在3种不同温度(常温↗150℃↘常温,常温↗200℃↘常温,常温↖250℃↘常温)热循环作用下的完整性及界面力学性能实验结果。研究结果表明:高温热循环作用对水泥环力学及界面力学完整性具有显著的负面影响;随着温度和热循环次数的增大,水泥环界面力学性能显著降低。150℃热循环7次、200℃热循环5次以及250℃热循环1次后,套管与水泥环界面脱离;150℃热循环13次、200℃热循环9次以及250℃热循环7次后,水泥环界面剪切力、化学胶结力、摩擦力以及剪切胶结强度均降低为0,水泥环界面力学性能丧失。水泥环本体失效均以...     

新型膨胀剂在胶乳水泥浆体系中的应用

油井水泥固有的收缩特性是造成水泥环-地层、水泥环-套管间胶结质量不理想而诱发气窜的原因之一。在分析油井水泥膨胀剂作用机理的基础上,通过试验研制出了新型膨胀剂PZ-3S,该膨胀剂能有效降低水泥浆的凝结收缩率和提高水泥石的界面胶结强度,改善固井水泥环与套管和地层胶结界面的胶结质量,防止界面窜流,且有助于水泥石抗压强度的提高。同时,验证了该膨胀剂与胶乳水泥浆体系具有良好的相容性,对胶乳水泥浆体系的综合性能(如失水、稠化时间、自由水、流变性等)无不良影响。现场应用表明,膨胀剂PZ-3S加入胶乳水泥浆体系后能有效提高水泥石的抗压强度和胶结强度,能减少微环隙产生的可能性和提高胶孔水泥浆体系的防窜性能。     

长源距声波测井在固井界面胶结探测中的应用

长源距声波测井在套管井内可以探测固井后套管与水泥环(简称固井Ⅰ界面)、水泥环与地层(简称固井Ⅱ界面)的胶结情况。但是必须对长源距声波测井波形进行处理,分辨出相应的导波。本文给出了长源距声波测井波形小波处理结果,结合理论计算结果识别套管井固井Ⅰ、Ⅱ界面的胶结情况以及同位素测井验证实例。     

SBT固井质量测井技术及应用

中原油田是一个多油层复杂断块油田,随着油田勘探开发时间的推移,特殊井、深井不断增多,井身结构日趋复杂,给固井质量测井及评价带来了许多难题,中原测井公司应用八扇区声波水泥胶结测井技术（SBT）来解决这些难题。文中叙述了SBT测井原理和方法,测井仪器施工的特点是：沿着套管整个圆周纵向、横向测量水泥胶结质量。测井资料以灰度图的形式．形象直观地显示套管和水泥环的胶结情况。介绍了第一界面、第二界面水泥胶结测井资料的评价方法,处理软件的研究思路、功能,实际应用效果。该技术在固井质量测井方面是先进的,适合油田进一步勘探开发的需求,具有广阔的推广应用前景.     

岩石力学性能实验与水泥环胶结强度评价

通过对新庄油田４口井不同井深岩心以及固井水泥石的三轴抗压强度实验研究, 获得了该油田区块层岩石和水泥石的密度、 弹性模量、 泊松比、 抗压强度、 内聚力以及内摩擦角等, 为该区块地应力场的反演研究提供了必不可少的岩石力学参数数据, 根据大量实验结果的岩心差应力 －应变曲线, 把三轴抗压实验曲线划分为了３个典型的区域阶段, 根据这３个阶段可以直观地得到岩心的弹性模量和抗压强度数值。提出了水泥环与地层岩石第二界面胶结强度评价标准, 地层岩石抗压强度小于等于２ ０ＭＰ ａ 时, 对水泥环第二界面的胶结强度属于“ 不稳定区” ; 地层岩石的抗压强度为２ ０～ ３ ０ＭＰ ａ 时, 水泥环第二界面的胶结强度为“ 次稳定区” ; 地层岩石的抗压强度在小于等于３ ０ＭＰ ａ 时, 水泥环第二界面的胶结强度为“ 稳定区” 。并对所研究的４口井不同井深地层岩石与水泥环第二界面胶结强度进行了评价, 其评价结果为该区块套管柱强度设计提供了可靠的依据。     

YLD-1油水井堵漏剂的性能特点与现场应用

YLD-1油水井堵漏剂是在胶结界面微观结构研究的基础上，依据界面胶结强度的增强机理和方法开发出的一种新型油水井化学堵剂。与常规堵剂相比，YLD-1化学堵剂具有3个突出的特点：1)进入封堵目标层后能快速形成牢固的网架结构而有效地驻留在漏失层中；2)能在目标封堵层形成抗窜强度高、耐冲蚀的封堵层；3)在井筒内的YLD-1化学堵剂在较长时间内能保证有良好的流动性，不会沉淀和凝固，而堵浆一旦进入封堵目标层就能快速形成结构和强度。重点分析了YLD-1油水井化学堵刺的特点，并介绍了其在现场各种复杂井中的推广应用情况。