高强塑性水泥浆实心减轻材料FXW室内研究

低密度水泥浆常用泡沫和漂珠作为减轻材料,但泡沫和漂珠的一个共同缺陷是承压能力有限,这就给固井施工带来一定风险。通过大量实验,以颗粒紧密堆积为原则,复配出一种新型实心耐压减轻材料FXW。实验证明,减轻材料FXW与其它外加剂相容性好,浆体施工性能优良;FXW为实心减轻材料,能够承受井下高压,解决了漂珠和泡沫低密度水泥浆不能承压的问题;FXW低密度水泥石强度高,韧性好,可满足油井后期开发需求。     

漂珠对低密度水泥浆密度的影响

漂珠是优良的耐热超低密度材料,常用作配制低密度水泥浆.室内考察了不同漂珠加量下压力、搅拌速度对漂珠低密度水泥浆密度的影响.结果表明:①压力和搅拌速度都能使漂珠低密度水泥浆的密度增加,但产生的方式不同.压力使空心漂珠内部充满水分和大颗粒漂珠产生挤压破碎后造成密度增加,而搅拌主要是漂珠被浆叶打碎,由于机械破碎造成密度增加;②对于不同密度的水泥浆,随着漂珠加量的增加,水泥浆密度降低;在压力增加时,水泥浆密度的变化幅度随之增加;③在压力低于30 MPa和转速小于4000 r/min时,漂珠低密度水泥浆的密度基本上没有变化;④虽然压力和搅拌速度对漂珠低密度水泥浆的影响方式不同,但可以用搅拌速度模拟漂珠低密度水泥浆在井底一定压力下的密度变化情况.     

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根据漂珠的组分及漂珠低密度水泥浆的性能特点，提出了漂珠水泥浆密度设计要求，减轻剂加量计算，适合漂珠低密度的水泥浆配方以及固井施工注意事项。在低压漏失层固井中还应加强以下工作：①确定合理的水泥浆密度，建立一套漂珠的不同加量、不同水灰比下的漂珠低密度水泥浆在不同液柱压力下的密度变化曲线，为确定低密度水泥浆密度提供可靠依据，特别是对密度很敏感的漏失层固井。②制定低密度水泥固井质量标准，低密度水泥的强度一般低于纯水泥、结构不如纯水泥致密、强度发挥不如纯水泥快。对低密度水泥固井应以保证水泥石的最低封隔质量为依据确定合理的低密度水泥固井质量标准。     

空心玻璃微珠低密度水泥浆的初步研究

近年来,由于漂珠的产量越来越少,质量也越来越差,因此急需寻找一种代替漂珠的新型减轻材料,以满足配制低密度水泥浆的需求.因此优选了一种新型的密度减轻材料——高性能空心玻璃微珠,根据颗粒级配紧密堆积理论,对高性能空心玻璃微珠、水泥以及其他各种外加剂进行合理配比,设计出了一种新型的低密度水泥浆.室内评价结果表明,该低密度水泥浆具有良好的稳定性、流动性,且失水量小,空心玻璃微珠能够替代常规漂珠来配制低密度水泥浆;空心玻璃微珠抗压能力比较高,用其配制的低密度水泥浆具有不可压缩性,解决了漂珠低密度水泥浆高压下漂珠破碎或进水导致水泥浆密度升高的问题;同一密度下,空心玻璃微珠低密度水泥浆的成本比漂珠低密度水泥浆的成本稍高,为降低成本,可考虑加入其他低密度外掺料.     

膨胀珍珠岩复合漂珠低密度水泥浆体系的应用研究

常用的低密度减轻材料漂珠产量较少、货源紧缺,单一的漂珠作为减轻剂导致生产成本高,因此优选了一种成本低、来源广的减轻材料-改性膨胀珍珠岩。提出在漂珠低密度水泥浆中复配部分改性膨胀珍珠岩的方案。室内实验评价结果表明,该体系密度在1.45 g/cm~3～1.60 g/cm~3可调,水泥浆具有良好的沉降稳定性、流变性,且失水量少、早期强度高等特点。对比同一密度下,采用部分改性膨胀珍珠岩复合漂珠的低密度水泥浆与单一的漂珠低密度水泥浆相比,在性能差别不大的情况下能有效的降低成本。该体系在现场应用6井次,固井电测解释表明,水泥浆返高能达到设计要求,而且固井质量优质,能够满足油气层段开采需求。     

一种可替代漂珠的低密度材料

漂珠低密度水泥浆由于密度低、强度高、体系稳定而在油田低压易漏层及低压油气层长封固段固井作业中获得了广泛的应用。但近年来,由于漂珠的产量越来越少,油田低成本要求急需开发代替漂珠的新型减轻材料,以满足配制低密度水泥浆的需求。开发了BCL-10S低密度混合减轻材料,其物化性能与漂珠相当,用它作减轻剂配制的低密度水泥浆性能与用漂珠作减轻剂配制的低密度水泥浆性能相媲美,并已经在长庆油田获得了应用。     

恒密度超低密度水泥浆室内研究

为了克服漂珠低密度水泥浆在密度超低时强度不高及在高压下密度上升而泡沫水泥浆密度随压力增大而增加很快的缺点，通过室内实验，根据粒度级配原理，采用特殊玻璃微珠为主要减轻材料，辅以其它硅质材料，研究出了密度接近于1．0g／cm^3的恒密度超低密度水泥浆并对其沉降稳定性、耐温能力和防窜性能进行了测试。结果表明，该水泥浆受压力影响很小，流变性能良好、强度高、失水易控制，尤其是当使用发气型防窜剂时的防窜性好，可用于超低压易漏、易窜条件下的固井。     

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文章以一种广泛应用的天然类火山灰为主要减轻材料，辅以其它硅质材料，根据粒度级配和优化原理，配合新开发的早强剂，设计出密度可在1.35～1.60 g/cm3范围内变化，适合低压易漏地层固井作业的新型低密度水泥浆体系。室内实验表明：该体系具有悬浮稳定性强、滤失量低、水泥石早期抗压强度较高、成本低廉、且浆体密度受压力影响较小等特点。克服了常规低密度水泥浆早期强度低和漂珠低密度水泥浆体系受压力影响较大的缺点，具有良好的工程应用前景。     

DFC非漂珠低密度水泥浆体系实验研究

常规漂珠的批量生产受到限制，且漂珠低密度水泥存在高压体积收缩等问题，为此，进行了非漂珠低密度水泥浆体系研究。以颗粒的合理级配及紧密堆积为理论基础，通过水泥石抗压强度、水泥浆沉降稳定性及超声波实验优选了FC-1、FC-2、FC-3及FC-4低密度水泥外掺料，并通过合理的外掺料配比及优选低密度水泥浆配套外加剂进行失水、水泥浆稠化及地面模拟等试验，研制出密度为1.40～1.50 g/cm3的DFC非漂珠低密度水泥浆体系，该体系具有高强度、抗高温衰退等特点，能够替代普通漂珠低密度水泥浆在油井固井中应用，其整体性能满足油田固井及后期开发的需要。地面模拟试验表明，常规的干混设备能够满足该体系的均匀混拌需求，该体系具有良好的施工可行性。     

耐高温低密度水泥浆的初步研究

研究了硅粉对低密度水泥浆热稳定性的影响,对配制低密度水泥浆用的减轻剂进行了优选。实验结果表明,硅粉能有效地提高低密度水泥浆的热稳定性,在密度为1.5g/cm~3的水泥浆中加入30％的硅粉,水泥石的强度可达18.1MPa;漂珠是耐高温低密度水泥浆的良好减轻剂,用漂珠在较小的水固比下就能配制出密度较低的水泥浆,有利于用硅粉提高水泥石的高温强度,并能代替部分硅粉的作用,有利于提高水泥石的低温强度。     

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。      

紧密堆积优化水泥浆体系的优势与应用

利用紧密堆积理论,通过调节混合物固相的不同颗粒尺寸分布,使干混合物的堆积体积分数大于0.8而得到紧密堆积优化水泥浆(CemCRETE)。CemCRETE由于固相含量高、混合需水量低,液固比低,抗压强度发展快,使候凝时间缩短,建井速度加快,最终的抗压强度高;水泥石的渗透率小于0.05×10-3μm2,孔隙度一般为35％～45％,具有较好的防窜能力;水泥石收缩小,具有较好的层间封隔;CemCRETE水泥环还具有良好的耐久性、抗腐蚀性和抗射孔冲击能力。含高固相的优化水泥浆体系并不影响其密度和流变性,即使在高密度下也有恒定的粘度,胶凝强度低,滤失量和提粘效应低,易于混合和泵送,沉降稳定性好。低密度高性能水泥浆(LiteCRETE)是薄弱地层固井的理想材料,可用于打造斜塞、固尾管和浅层低压井固井,减少下套管柱层次和危险的多级注水泥作业及补救工作;高密度高性能水泥浆(DensCRETE)在高密度下提供较好的流变性,可现场调节密度和改善井控,在打造斜塞和高压注水泥作业中非常有效,可用于小井眼窄环空的固井;挤注水泥浆(SqueezeCRETE)具有滤失量和提粘效应低的特点,穿透较深,其高强度、低渗透率、低失水量的特性改善了注入条件,提高补救注水泥的成功率,并成为封堵废弃井的合适材料,常用于其它水泥材料不能修补的井眼问题;深水水泥浆(     

深水固井液体减轻低密度水泥浆体系

与传统的表层固井技术不同,深水表层固井由于受到深水环境和现场条件限制,对固井作业提出了新的要求。针对深水表层固井的难点,开发了一种新型液体减轻剂PC-P81L,并以其为主体构建出了深水固井液体减轻低密度水泥浆体系。室内实验结果表明,PC-P81L作为减轻剂对水泥浆具有密度调节作用,可在1.30~1.70 g/cm3之间调节水泥浆密度;具有高悬浮性,最高可悬浮水灰比为2的水泥浆;具有增强作用,还可以应用于常规密度水泥浆中作为增强剂;具有促凝作用,可在深水低温环境下缩短水泥浆稠化时间。构建的深水固井用液体减轻低密度水泥浆体系,通过增大水灰比降低水泥浆密度,提高了水泥浆的造浆率,减少现场水泥用量;且配方简单,易于调节,外加剂以全液体形式添加,减小了现场工作人员的劳动强度;同时满足深水低温环境下的水泥浆性能要求,为下部钻进提高保障;液体减轻水泥浆体系作业成本较漂珠体系也大幅度降低,满足深水低温条件的性能要求,可适用于深水表层固井。      

化学充氮泡沫水泥浆制备原理与应用

水泥浆漏失低返是国内外低压易漏、裂缝性油气藏固井普遍存在且尚未完全解决的技术难题,泡沫水泥浆是解决固井漏失的一项重要技术。针对化学充氮泡沫水泥浆制备原理尚不清楚、化学发气剂效率低等问题,根据化学热力学和电化学理论,揭示了化学法充氮的原理,研发出高效发气剂LTPN体系。该体系具有发气率高、对水泥浆稠化时间和抗压强度基本无影响的特点,与动物蛋白复合稳泡剂、纳米增强剂等配合使用,可使泡沫水泥浆密度降低至0.95 g/cm3。通过探讨发气剂在水泥浆中的化学充氮规律,研发出高性能化学充氮泡沫水泥浆NFLC体系,经过30余口井固井试验表明,NFLC体系解决了煤层气井固井面临的低压、裂缝性漏失难题,保证了煤层气井水泥浆返高,提高了固井质量,一次性上返到设计高度,固井优质率大于90%,对山西沁水盆地的低压、裂缝性煤储层具有优良的防漏堵漏效果,为低压、裂缝性油气藏固井提供了一种有效的解决方法,具有良好的应用推广价值。      

胜科1井超高温水泥浆体系的设计与应用

针对胜科1井井深、井底温度高,而且底部有盐水层的实际情况,合成了新型超高温缓凝剂、抗盐降失水剂,室内试验表明两者具有较好的抗高温耐盐性能及良好的配伍性能。针对水泥石出现的分层现象,通过添加热稳定剂提高了其热稳定性和抗压强度;通过超高温水泥浆体系试验,设计出了胜科1井尾管固井水泥浆,试验表明该水泥浆性能稳定,稠化时间可调,失水量、游离液、抗压强度等指标完全达到设计要求,并成功进行了胜科1井尾管固井作业。胜科1井的现场应用证明,该超高温水泥浆体系能满足超深井固井需要,可在胜利油田及其他地区的深井、超深井固井作业中推广应用。     

抗高温水泥浆体系研究与应用

为了解决现有水泥浆体系抗高温能力差的问题,研制了抗高温降失水剂DRF-120L和与之配伍性好的其他抗高温水泥外加剂,开发了一种以抗高温降失水剂DRF-120L为主剂的抗高温水泥浆体系。在室内对该抗高温水泥浆体系的性能进行了评价,结果表明:该水泥浆体系能抗200℃高温;抗盐性能好,即使采用饱和盐水配浆,性能也能达到高温深井固井要求;失水量可以控制在100 mL以内;稠化时间易调;水泥石抗压强度高。该抗高温水泥浆体系在辽河油田、塔里木油田及华北油田的7口高温深井固井作业中进行了应用,固井质量全部达到合格以上。这表明该抗高温水泥浆体系综合性能能满足高温深井固井要求,解决了水泥浆体系抗高温能力差的问题。      

低密度高炉矿渣水泥浆固井技术

针对长庆油田低压易漏地层团井水泥浆返高和固井质量存在的问题,用高炉矿渣、膨润土设计密度1.40～1.60g/cm³的矿渣膨润上水泥浆,用矿渣和钻井液设计密度1.40～1.60g/cm³的矿渣MTC浆,用矿渣和多功能钻井液设计密度互1.40～1.60g/cm³的矿渣UF浆。对三种低密度矿渣水泥浆的抗压强度、凝结时间、流变性和稳定性进行了试验研究。室内研究结果和现场试验结果表明,三种低密度矿渣水泥浆水泥石抗压强度高,水泥浆流变性好,体系稳定。低密度矿渣膨润土水泥浆现场施工方便,固井质量优质率平均约80%.低密度矿渣MTC浆和矿渣UF浆现场施工有局限性,但其对提高固井质量的技术优势必将引起固井界人士的关注和研究应用。     

大庆油田低压高渗调整井韧性防漏水泥浆体系研究与应用

针对大庆油田调整井高渗低压地层固井过程中易漏、水泥浆失水较大导致固井质量较差的问题，研究开发了增韧防漏水泥浆体系。室内试验和地面模拟试验结果表明，增韧水泥浆的性能参数满足固井施工要求，其水泥石的抗压、抗折强度等力学性能指标优于净浆水泥石。杏南和萨北地区15口调整井固井试验应用了增韧水泥浆体系，15d延时声变检测固井质量优质率为86．67％；射孔前后抗破坏性对比试验也证实增韧水泥石具有良好的抗冲击性能。     

AWG抗渗固井水泥研究与应用

本文介绍了新型固井材料AWG抗渗水泥的各项物理性能。通过室内实验,确定了AWG水泥体系增强剂、AWG水泥浆体系缓凝剂和分散剂,研究了AWG水泥浆体系的配伍的现场应用及缓凝剂对水泥浆体系性能的影响。AWG抗渗固井水泥属于硫铝酸盐水泥系列的一种新型国井材料,AWG水泥具有速凝、早强、短候凝、抗渗、防水气窜、微膨胀、耐腐蚀、抗锈蚀等特性。通过在大庆油田萨中、萨南东部和杏七区、北一区4口井现场应用表明,使用AWG水泥国井后8h测声幅,得到良好的固井质量,达到国内领先水平。AWG水泥在高、低压共存的多压力层系复杂地质情况下使用,能有效地提高调整井、疑难井的固井质量,适用于调整井、疑难井固井、小眼井固井、各种表层套管固井及海上固井。     

新型海水水泥浆体系的研究与应用

通过室内试验研究的新型海水水泥浆在渤海油田油层套管固井中得到成功应用。应用结果表明,新型海水水泥浆能够满足中深部地层(2000m左右)固井作业的要求,作业安全可靠,固井质量优良,对储层的伤害低于淡水水泥浆。新型海水水泥浆的成功应用,打破了以往海上技术套管和油层套管固井作业只能依赖淡水的限制。在海上钻井作业中广泛应用新型海水水泥浆,能够取得良好的社会效益和经济效益。