复合纤维提高油井水泥石韧性的研究

针对因射孔和增产措施使油井水泥环产生脆性破坏，从而带来层间流体窜流和套管损失率上升的问题，研制出了一种新型复合纤维增韧剂SD。实验结果表明：加有SD的水泥石的抗压破碎能为17398J／m^2（净浆水泥石为10562J／m^2），抗拉破碎能为15897J／m^2（净浆水泥石为256J／m^2）；与净浆相比，加有SD的水泥石的抗冲击功提高了71％。加有SD并配合使用0．2％USZ、1．2％F17B和3％F17A的水泥浆体的综合性能满足固井施工的基本技术要求，且SD与其它外加剂配伍性良好。     

硫化氢与硫酸腐蚀油井水泥石的对比

采用G级油井水泥净浆,从腐蚀前后水泥石抗压强度、水化产物中氢氧化钙含量、SEM微观结构特征和孔隙结构的变化等方面.进行了硫酸溶液和硫化氢对水泥石的腐蚀对比实验.结果表明,设计的常温常压的硫酸溶液腐蚀实验与标准的高温高压腐蚀实验有较好的相关性和可比性,而且硫酸溶液腐蚀实验能够更直观地反映出水泥石潜在的腐蚀因素.利用常温常压的硫酸溶液腐蚀实验能够作为油井水泥石腐蚀研究的前期实验和油井水泥石抗酸蚀的耐久性实验,对降低水泥石腐蚀实验成本和风险,提高实验效率,更好地开展油井水泥石完整性研究有重要的应用价值.     

矿渣油井水泥研究

利用高炉水淬矿渣的化学组分以及水化活性、热力学稳定等特性并通过大量的研究和实验,将它作为一种外掺料替代部分油井水泥熟料,研制出了矿渣油井水泥。与G级油井水泥相比,矿渣油井水泥与套管的胶结力提高了55.4%,水泥石后期强度提高了28%-34%,水泥石抗腐蚀性提高了50.3%;水泥石抗震裂韧性提高了21.7%,水泥石力学特性不同程度地同时得到提高,满足了固井、射孔、酸化和压裂及后期采油这一系统工程对水泥石高质量的要求。     

碳酸钙晶须与碳纤维混杂增强油井水泥石力学性能

针对油井水泥石易脆裂而造成油气井层间封隔失效的问题,通过实验研究了碳纤维、碳酸钙晶须及二者混杂对油井水泥石力学性能的影响,利用扫描电镜观察了水泥石微观形貌,并探讨混杂纤维增强水泥石的作用机理。实验结果表明:碳纤维、碳酸钙晶须及两者混杂纤维均能有效提高水泥石的抗压、抗折和劈裂抗拉强度;相对于单掺1种纤维,混杂纤维对水泥石的增强效果更好;混杂纤维水泥石具有明显的韧性,且混杂纤维显著提高了水泥石的力学形变能力。观察水泥石微观形貌和分析混杂纤维增韧机理后发现:碳酸钙晶须和碳纤维具有不同的尺寸、形貌和性能,能够在不同结构层次和荷载阶段发挥作用,控制微裂纹或裂缝的产生和发展,改善水泥石的强度和韧性。图20表5参27     

水乳树脂改善油井水泥石力学性能研究

油井水泥石存在收缩大、脆性高的固有缺陷,易形成微间隙而导致地层流体互窜,造成油气采收率降低与油井寿命缩短。通过向G级油井水泥中掺入水乳树脂对其进行改性,同时掺入硅灰及矿渣微细粉,制得了固井防窜用弹性密封水泥石。对该水泥石力学性能测试结果表明,水泥石韧性显著增强,脆性降低,力学形变能力大幅提高。     

油井水泥增韧剂BF的室内研究

针对油井水泥石固有的极限应变小，抗冲击性能差、脆性大的缺点，研究了以混合短纤维为主要成分的油井水泥增韧剂BF，并对加有BF增韧剂水泥浆的力学性能进行了系统评价，同时还考察了BF增韧剂与油井水泥降失水剂F17B及油井水泥减阻剂USZ的配伍性能，室内实验表明，BF增韧剂能使水泥浆的流动度减小，凝结时间延长，析水率和失水量减小，且BF增韧剂与外加剂USZ和F17B的配伍性良好；BF增韧剂能够显著提高水泥石试样的韧性，使水泥石韧性增长20％，有效降低射孔对水泥环的破坏，改善水泥石的力学性能，抗折强度增长幅度为16％－29％，抗冲击功增量为17％－64％，而且水泥石抗压强度均大于14MPa；BF增韧剂掺量小（2.6%），其增韧效果优于中国现有的油井水泥增塑剂S（掺量为4％）。     

一种油井水泥石高温稳定剂

针对普通加砂水泥石经受高温后抗压强度衰退的问题,研发出一种油井水泥石高温稳定剂,该稳定剂对水泥浆的稠化时间、水泥石常温强度发育、流变性无副作用,与油井水泥外加剂配伍性良好,形成的水泥石高温下（320℃、450℃）抗压强度不衰退,优于加砂水泥石及超细二氧化硅水泥石。同时加入高温稳定剂的水泥浆还具有很好的胶结强度,约是加砂水泥石环的4倍,超细二氧化硅水泥石环的3.5倍。该高温稳定剂在蒙古林油田现场应用2口井,整个施工过程顺利,固井质量较好,一二界面胶结质量良好,具有良好的应用前景。      

一种油井水泥石高温稳定剂

针对普通加砂水泥石经受高温后抗压强度衰退的问题,研发出一种油井水泥石高温稳定剂,该稳定剂对水泥浆的稠化时间、水泥石常温强度发育、流变性无副作用,与油井水泥外加剂配伍性良好,形成的水泥石高温下（320℃、450℃）抗压强度不衰退,优于加砂水泥石及超细二氧化硅水泥石。同时加入高温稳定剂的水泥浆还具有很好的胶结强度,约是加砂水泥石环的4倍,超细二氧化硅水泥石环的3.5倍。该高温稳定剂在蒙古林油田现场应用2口井,整个施工过程顺利,固井质量较好,一二界面胶结质量良好,具有良好的应用前景。     

橡胶粉对油井水泥石力学性能的影响

针对油井水泥环抗冲击能力差、层间封隔易失效等问题,系统研究了橡胶粉对油井水泥石力学性能的影响。采用表面活性剂对橡胶粉粒子表面进行亲水处理,解决了橡胶粉粒子在油井水泥浆中的憎水及团聚现象。力学性能测试表明,橡胶粉在油井水泥浆中应用的适宜粒径为0.15~0.18 mm,适宜的加量为2%,加量过大不利于水泥石抗压强度和抗折强度的发展。微观研究表明,橡胶粉粒子部分充填于空隙结构之中,部分充填于水泥晶体颗粒之间,有效增大了油井水泥石受压前期塑性变形能力和受压后期弹性变形能力,当水泥石受冲击力作用时,橡胶粉粒子发生弹性变形将产生力的缓冲并吸收冲击能,从而提高油井水泥石抗冲击破坏的能力。     

一种固井合成水泥石的研制与室内评价

对一种基于环氧树脂的合成水泥石技术进行了研究,通过研制不同密度的浆体,考察了浆体在不同温度下的可泵性、力学性能、抗污染性能、胶结强度以及清洗问题。研究结果表明,采用减轻剂(如玻璃微珠)或加重剂(如炭黑、micro Max),并配套防沉降剂,可得到密度范围为0.8~1.80 g/cm3的合成水泥石;采用不同活性芳香胺类固化剂、固化促进剂及其组合,可实现合成水泥浆在45~125℃范围内的泵送要求;合成水泥石力学性能远好于基于橡胶粉改性的弹韧性水泥石;合成水泥浆抗油基钻井液污染可达30%。另外,合成水泥浆还能明显提高油井水泥的胶结强度;使用20%的乙醇水溶液,可较容易地清洗残留在器皿上的合成水泥浆。该合成水泥石是一种非常理想的油井封隔材料。     

抗冲击韧性水泥浆体系室内研究

固井施工中,由于某些原因在水泥石中形成许多初始缺陷,在射孔、压裂等作业产生的冲击载荷作用下,初始缺陷的裂纹尖端处会形成高度的应力集中,随着应力水平的发展,裂纹将迅速扩展,形成裂纹、裂缝,造成油气层段窜槽,给射孔后开发和改造挖潜等增产措施带来极大困难.通过研究和分析水泥石环发生破坏的情况及应力变形特征,研究出水泥石塑性较高而脆性较小的抗冲击韧性水泥浆.对水泥石抗压强度、抗折强度、动态弹性模量、泊松比、最大扰度、动态断裂韧性和射孔损伤程度等参数的测试表明:水泥浆中加入改性纤维、聚合物对水泥石的动态力学性能有明显提高;水泥石抗压强度越高,脆性越大,弹塑性、断裂韧性越弱;采用抗冲击韧性水泥浆,水泥石塑性较高而脆性较小,水泥环具有一定的抗冲击性和韧性,可减小井下作业对水泥环的损坏,降低、节省修井费用,延长油气井的寿命,提高采收率.     

油井水泥膨胀剂研究 (Ⅱ)--膨胀机理及影响因素

介绍了抑制水泥浆体收缩的有效方法--使用油井水泥晶体膨胀剂.分析了常见的油井水泥晶体膨胀剂的作用机理和影响因素,包括膨胀剂的种类、膨胀源(硫铝酸盐、方镁石和方钙石)、塑性体膨胀与硬化体膨胀的关系、膨胀压、使用温度、压力、受限程度、水灰比、化学外加剂等.同时,结合膨胀机理提出了使用油井水泥晶体膨胀剂对测井时间和固井质量评价的要求.     

纤维韧性水泥浆技术在中原油田的应用

针对中原油田易漏地层调整井水泥浆低返问题和薄油层井、小间隙井和侧钻井的射孔及后续增产措施造成的水泥环脆裂,进行了油井水泥增韧防漏剂研究,对其各种力学性能、水泥浆体系的防漏性能及工程性能进行了系统研究,并进行了聚能射孔模拟试验、地面混灰打浆试验、现场易漏井的固井试验。室内研究和现场试验表明:F27A油井水泥增韧防漏剂具有优异的增韧、抗冲击能力和防漏作用,其综合工程性能也满足易漏地层固井施工的技术要求。纤维韧性水泥浆体系在中原油田钻井三公司卫11-53井等8口井的油层固井中获得了成功应用,并取得了良好的经济效益和社会效益,现已推广应用。     

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。     

油井水泥早强增韧剂ZSJ的室内研究

水泥环可以认为是一个先天带有一定缺陷和微裂缝的脆性材料,这些微裂缝及缺陷使水泥环易受后续施工、射孔等影响,发生脆裂,或与套管、井壁剥离,影响油气井后期开采,缩短油气井的寿命.塑性水泥可以很好地解决水泥环的脆裂问题,它通过掺入高强度纤维,不仅可增加水泥石的强度,而且可改变水泥石的弹性.室内采用具有不同长度分布和合适长径比的混合短纤维(纤维长度均小于4 mm)、粒径为0.180～0.280 mm(60～80目)的橡胶粉、活性微粒和与之相匹配的激活剂制得了早强增韧剂ZSJ.实验发现,ZSJ抗盐性能优良,与其它外加剂有良好的配伍性,增韧剂ZSJ的加入对水泥浆的施工性能基本无影响,但能大大改善水泥石的力学性能,水泥石抗压强度、抗折强度和抗冲击韧性均有不同程度的增长.实弹射孔实验证明ZSJ水泥石能够抵抗射孔等后续施工的冲击,可有效提高水泥环封固质量,防止地层流体窜层,延长油井寿命.     

超高温油井水泥缓凝剂PQ的室内研究

木质素磺酸盐是油井水泥中最常用的缓凝剂，但其使用温度一般不超过122℃(BHCT)。木质素磺酸盐经再次深度磺化改性后的缓凝剂PQ具有更好的缓凝效果，且能经受更高的温度(200℃)。介绍了改性木质素磺酸盐PQ的合成工艺，评价了PQ对水泥浆稠化时间的影响及在高密度体系中的应用，同时考察了PQ对温度的敏感性。实验表明，对于常规密度或高密度水泥浆体系，PQ均能有效控制水泥浆凝固时间，无早凝、过缓凝现象；PQ对温度的敏感性小，能满足深井长井段条件下的固井作业安全要求。对PQ缓凝机理进行了探讨。     

油井水泥膨胀剂研究(Ⅰ)--水泥浆体的收缩与危害

水泥浆体的体积收缩使水泥环的胶结质量不能保证,严重时还可能形成微间隙,引发地层流体窜流;高滤失使得水泥浆在施工过程中发生脱水桥堵和失水收缩,水泥浆滤液进入油气层孔隙后,与地层内流体不配伍造成油气层污染.综合分析了油井水泥浆体在不同条件下的收缩特性、评价方法及其影响因素,讨论了固井作业中发生地下流体窜槽的原因和危害.分析结果表明:油井水泥浆体固有的体积收缩是造成窜槽事故的根本原因.要从根本上解决固井后的窜槽问题和提高井下水泥环二界面胶结质量,必须首先解决水泥浆的体积收缩问题.     

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。     

深井水泥石低温下强度增长剂的应用

针对中原油田油气层埋藏深、油气分散、地温梯度高、深井井底温度高、封固段长、水泥浆低温下不易凝固、水泥石强度发展慢等问题,研制出了一种水泥石增强剂G606.这种外加剂加入水泥浆后对流动度影响不大,降低了水泥浆失水量,对稠化时间有一定的影响,特别是低温下稠化时间大大缩短.现场应用表明,采用增强剂G606配制的水泥浆性能稳定,可调性强;稠化曲线呈直角,有利于阻止油气水窜槽,低温下水泥石强度发展快,克服了低温下水泥浆长期不凝固的难题,完全可以满足正常测井和井下作业需求.加入增强剂G606的水泥浆在36口深井中固井,固井施工顺利,固井合格率为100%,优良率为89%.     

新型油井水泥分散剂SDJZ-1的研制与应用

用正交优化实验对磺化醛酮缩聚物的合成工艺进行了最佳配比的优化选择实验,确定出了最佳合成条件,研制出了磺化醛酮缩聚物作为油井水泥分散剂SDJZ-1,并对其进行了系统评价.评价结果表明,磺化醛酮缩聚物对水泥浆的流变性能具有较强的调控能力,分散效果显著,磺化醛酮缩聚物固相加量为0.4%～0.8%时,水泥浆的初始稠度低,流性指数可由原浆的0.3升高到0.8,甚至达到1.0;具有良好的抗温性、抗盐性,与降失水剂、缓凝剂等有良好的相容性.现场应用表明,水泥浆流动性能良好,流性指数根据需要可以调节;稠化性能稳定,高温下没有闪凝现象;体系沉降稳定性能良好;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.