适合小井眼固井的韧性水泥浆体系室内研究

小井眼固井,由于环空间隙小,环空循环压耗较大,顶替效率低,封固质量往往难以保障。为克服小井眼固井诸多难点,室内研究构建了一套由G级水泥与聚合物、弹性乳液GR1、纤维以及空隙支撑材料MX共同构成的韧性水泥浆体系。室内对该水泥浆体系的性能进行了系统的试验研究,水泥石抗冲击强度较高,具有良好的稳定性和抗温性,80~150℃范围内水泥浆稠化时间可任意调节;经综合性能评价发现,该水泥浆能够很好地满足小井眼固井作业需要,具有良好的应用前景。     

SFP弹韧性水泥浆体系在页岩气井中的应用

页岩气藏因其储层物性差、孔隙度和渗透率低,开采难度较大,大都采用大型压裂技术才能获得产能,这就要求水泥环不仅要有很好的强度,还要有较好的弹塑性和韧性。为此,研制开发了弹塑性材料SFP-1及增韧性材料SFP-2,并对其性能进行了室内测试。在室内试验的基础上,优选出了SFP弹韧性水泥浆体系的配方,室内模拟试验结果表明,该水泥浆具有较好的抗冲击性和较高的柔韧性。该水泥浆在黄页1井Φ139.7 mm生产套管固井中进行了应用,固井施工过程一切顺利,48 h变密度测井检测结果显示,页岩气目的层固井质量优质。      

低温短候凝水泥浆体系室内研究

在导管、表层套管固井中,由于地层温度较低,油井水泥强度发展缓慢,候凝时间长,增加了钻井成本,并易造成环空窜流,影响固井质量和作业安全。针对目前国内油井水泥早强剂种类少、某些油井水泥早强剂存在早强效果不佳以及对水泥浆流变性影响较大等问题,通过室内试验筛选出一种新型的无氯、含晶种复合型早强剂SW-Z1,从而形成了一套密度1.30~1.90 kg/L的低温短候凝水泥浆体系。低温短候凝水泥浆体系的室内性能评价试验结果表明,该水泥浆体系具有直角稠化、低温候凝时间短、早期强度高、流变性能好,防气窜能力强等优点,可满足不同地层压力条件下的低温浅井固井需求。      

抗高温弹韧性水泥浆体系优化研究

在顺北区块和塔中北坡勘探开发过程中,面临着传统水泥石硬脆性明显,在压裂施工中易出现环空微间隙,破坏水泥环完整性的问题。通过理论分析及实验研究,研发了水泥石弹韧性改性新方法,由传统技术的材料高性能发展为结构高性能,通过亲水改性的聚氟胶粉改善水泥石的弹性,有机、无机纤维协同作用增加水泥石的韧性,纳米二氧化硅改善水泥石微观结构增加强度,研发了抗高温弹韧剂,其耐温大于150 ℃,能降低水泥石弹性模量达37.13%,同时保持水泥石具有较高强度,并且具有较好的经济性。以高温弹韧剂为关键,通过评价配套的高温固井外加剂,开发出一套性能良好的高温弹韧性水泥浆体系,体系流变性良好、稠化时间合理、API失水量为45 mL,水泥石弹性模量为6.089 GPa、抗压强度大于30 MPa,满足固井施工要求,为高温高强高韧性水泥浆体系的推广应用奠定了基础。      

新型苯丙胶乳水泥浆体系的室内研究

为提高苯丙胶乳的适用温度,满足高温固井的需求,以苯乙烯、丙烯酸丁酯、功能单体等为原料,合成了一种新型耐高温苯丙胶乳GR,并进行了500 kg的放大生产。室内评价了GR苯丙胶乳水泥浆体系的高温降滤失性、流变性、防气窜性能、稳定性和综合性能,对比了GR小样产品与中试产品的性能,论述了苯丙胶乳GR的作用机理。结果表明:GR苯丙胶乳水泥浆的滤失量可以控制在50 mL以下,耐温能力达到150 ℃;GR苯丙胶乳水泥浆具有良好的流变性、直角稠化、防气窜性能以及稳定性等特点,另外中试生产的苯丙胶乳的性能与室内小样产品均保持一致。综合分析认为,GR苯丙胶乳水泥浆可以满足150 ℃以下高温固井的要求。      

微小井眼水泥浆体系室内性能评价

针对微小井眼固井环形间隙小，形成的水泥环薄等缺点，研制出了微小井眼水泥浆体系。并按照API标准对该水泥浆的密度、失水量及游离液、稠化时间、水泥石强度、耐盐耐温、耐腐蚀等性能进行了大量的实验评价。结果表明:微小井眼水泥浆体系不仅具有抗压抗折强度较高（抗压强度12.7 MPa，抗折强度6.0 MPa）、脆度系数低（仅2.1）的力学性能，且具有游离液为零、失水量小（ 80 mL）、初始稠度低（ 6 Bc）、直角稠化以及稠化时间可调等特点。同时为检验该体系的适应性，进行了耐温、耐盐、抗腐蚀性能评价。结果，该体系室内评价温度高达170 ℃，配浆盐水浓度高达12%。而且微小井眼水泥石具有较强耐酸、耐地层水腐蚀性能。微小井眼水泥浆体系完全可以应用于小尺寸，窄环空的井眼固井，同时由于其优良的适用性，有更广泛的应用前景。     

针对裂缝性地层的低密度高强度韧性水泥浆体系研究

针对鄂南区块产层段延长组由于裂缝发育而导致的固井过程中水泥浆易漏易污染问题,以低密度、防漏、增韧为指导原则,开发低密度高强度韧性水泥浆进行下部产层段的有效封固。通过研发出塑性减轻剂,优选出适合固井用的水性环氧树脂乳液、纳米液硅,提出了环氧树脂-纳米液硅协同增强水泥石性能新方法,研发了密度为1.65 g/cm3环氧树脂-纳米液硅低密度高强度韧性水泥浆。性能测试表明,浆体失水量能控制在40 mL/30 min内,稠化时间具有较合理的时间范围,水泥石具有较高抗压强度,弹性模量不大于7.0 GPa,水泥石具有较好的弹塑力学性能,对储层的污染伤害程度低,实现了低密度、高强度、增韧目标,有利于后期储层压裂改造作业,为鄂南区块古生界天然气勘探开发提供了技术支撑。      

超高密度水泥浆体系室内研究

针对超高密度水泥浆存在的诸多问题，通过系统研究，优选出了用粒径为0．076mm和0．043mm的赤铁矿按4：6的比例复配作加重剂，以减阻降失水剂SD10，降失水剂SD18、缓凝剂SD21、SD27和游离液控制剂T12作外加剂，并确定了各材料的加量。研究出了密度为2．50g／cm^3的超高密度水泥浆并对其进行了性能评价。该水泥浆具有较好的沉降稳定性、流变性、浆体热稳定性、稠化性能和抗压强度，失水量低且凝结时间长，可用于异常高压油气井固井，解决固井技术难题。     

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。     

胶乳水泥浆体系研究及应用

采用国产胶乳和配套的外加剂，通过试验研究了胶乳水泥浆的稳定性能、失水性能和流变性能、防窜性能以及水泥石性能。结果表明：胶乳辅以合适的稳定剂，可以作为水泥浆的外加剂，配制出具有防气窜和韧性性能的胶乳水泥浆；配合使用适量的外加剂，可显著降低胶乳水泥浆的失水量，提高水泥浆的流变性能，控制水泥浆的稠化时间，使胶乳水泥浆综合性能满足固井要求。对胶乳的作用机理进行了论述。还介绍了胶乳水泥浆在沙30—7井的应用。     

油井水泥石断裂韧性的实验研究

固井施工时,由于原因,会在水泥石中形成裂缝等初始缺陷;在射孔等作业中,在冲击载荷作用下,裂缝将迅速扩展产生大裂缝,容易造成含油夹层段窜槽,给开发等工作带来不利影响。文中引入水泥石的断裂韧性这一概念进行了增强经石断裂韧性机理分析,并分别采用“霍布金森法”和“焦散线法”进行了不同配方水泥石的动态断裂韧性测定实验,对增强水泥石断裂韧性的有效途径进行了实验探索,并结合模拟射孔实验结果,提出了能够抵抗射孔冲     

纤维增韧小井眼水泥浆性能研究

由于小井眼环空间隙小的特点,小井眼固井较常规井眼固井有更大的难度,对水泥浆提出了更高要求。文中研究了由改性纤维XW-5构建的密度为1.50,1.85,2.00g·cm^-3的水泥浆的性能。结果表明,该水泥浆流变性好,滤失量控制良好,浆体稳定性好,稠化过渡时间短,早期抗压强度高,抗冲击功和抗折强度高,且具有很好的防漏效果,能够满足小井眼固井要求。     

低温早强防气窜水泥浆体系的研究

为满足蓬莱19-3油区浅气层的固井需要,要求低密度水泥浆(1.4～1.9g/cm~3)在较低的适用温度(27～60℃)范围内,具有“低失水、高早强、短过渡、防气窜”等特点。以紧密堆积理论和颗粒级配理论为指导,以漂珠低密度水泥浆为基础,研制了相应的低密度增强剂和配套的外加剂,并开发出一种高性能的低温早强防气窜水泥浆体系。该体系具有浆体沉降稳定性好、游离液少、失水易控制、低温早强等特点,而且具有良好的防气窜性能:在40℃下水泥浆的SPN值小于4;体系水泥石致密,渗透率在0.001×10~(-3)μm~2以下;上下密度差在0.010～0.015 g/cm~3左右,具有一定的微膨胀性能,水泥石不收缩且具有良好的界面胶结性能。该水泥浆在蓬莱(PL)19-3油田已成功应用10余口井,USIT检测表明,固井质量良好。     

纤维防漏水泥浆体系的研究与应用

为解决塔河油田在固井期间存在的碳酸盐岩孔洞、裂缝性漏失,通过对堵漏机理和堵漏材料的优选,研制了纤维防漏水泥浆体系。通过对5,10,19 mm的堵漏纤维ALF-1水泥浆进行实验评价,结果表明5 mm的堵漏纤维ALF-1加量在0.2%～0.3%的范围最为适宜,对1 mm的裂缝和孔洞具有较好的封堵效果,承压能力高于7 MPa。在塔河油田TP337X井尾管固井中,采用该纤维防漏水泥浆在施工过程中全程无漏失,声幅测井显示固井质量良好。     

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。     

水泥浆失水量对油气层损害影响的试验研究

用失水量不同的水泥浆进行岩心污染试验,研究了水泥浆失水对岩心渗透率和污染深度的影响.结果表明,水泥浆失水量对岩心污染深度影响不大,但对岩心渗透率有很大影响;随着水泥浆失水量的增加,岩心渗透率下降,试验条件下最大渗透率损害率达77.8%.现场保护油气层效果表明,对于高压低渗油气藏,固井过程中水泥浆失水量宜控制在70 mL范围以内.     

高密度高炉矿渣水泥浆体系研究

以高炉水淬矿渣为水化材料，添加少量矿渣激活剂和少量水泥、膨润土，配制成１７５ｇ／ｃｍ３ ～１ ．９２ｇ／ｃｍ ３ 密度范围的高密度高炉矿渣水泥浆体系，用以封固油气井油气层部位的井段。用 Ａ Ｐ Ｉ 标准试验方法，测试１７５ｇ／ｃｍ ３ 、１８３ｇ／ｃｍ ３ 、１９３ｇ／ｃｍ ３ 三种密度体系，在４５ ℃、６０ ℃、７５ ℃条件下矿渣水泥石的抗压强度，初终凝时间和流变性等性能参数。并且和 Ｇ 级水泥浆性能进行对比。试验结果表明：高密度矿渣水泥石抗压强度低于同密度的 Ｇ 级水泥石，但能满足射孔对水泥石抗压强度的要求。高密度矿渣水泥浆的流变性和稳定性满足现场施工要求。硫酸盐对矿渣水泥石无侵蚀作用。     

高温抗盐直角稠化水泥浆体系

针对深井油气层埋藏深、分散,井温高、封固段长等复杂情况,优选出了一种高温抗盐直角稠化水泥浆体系.该体系外加剂由高温降失水剂G301(或G306)、高温缓凝剂GH-Ⅱ(GH-ⅡB)和高温减阻剂USZ组成.该水泥浆体系能够抗盐达饱和盐水,失水量小于150 mL,抗温达160 ℃,低温养护后强度大于14 MPa ,高温养护后强度仍大于15 MPa,表现出了很好的抗高温强度衰退性能;稠化时间可调,过渡时间短;易于配浆,流动性好,能够适应深井固井需要.在不同油田的高温固井实践表明,使用该水泥浆固井施工顺利,固井质量优质.     

微膨胀纤维增强水泥浆的性能试验研究

在固井施工中,为了提高水泥环与地层、套管间的胶结性,实现有效层间的良好封隔,保证油井的正常生产和后续增产措施的顺利实施,延长油井寿命,需要提高注入水泥浆的各项性能。为此,在微膨胀水泥浆体系中加入JFR活化纤维,研制成微膨胀纤维水泥浆。通过对微膨胀纤维水泥浆的稠化时间、流变性、API失水、水泥石抗折与抗压强度、水泥石抗衰减性能进行试验,发现微膨胀纤维水泥浆的稠化时间任意可调,流变性能良好,API失水量小,水泥石的抗折、抗压强度及抗衰减、抗收缩性能高。     

抗高温低密度水泥浆体系的研究

室内确定了一种适用于热采井(井深约2000m,蒸汽驱时温度为350℃)的抗高温低密度水泥浆体系。该水泥浆体系密度在1.40-1.60g/cm3之间可调;失水量低;低温(40℃)养护后,早期强度大于15MPa,远高于一般的低密度水泥浆体系;高温(350℃)养护后,水泥石强度仍大于10MPa,体现了其优异的抗高温强度衰退性能。同时对该体系的降失水、调凝,增加早期强度和抗高温的作用机理作了初步的探讨。