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由于受外在条件的限制水泥浆流态性能常常无法达到紊流顶替要求，而井眼状况、钻井液性能调整对界面胶结质量的影响又常被固井作业者所忽视； 文章结合大港油田现场作业结果提出的固井前钻井液性能地面调整可以降低固井施工紊流顶替对水泥浆流态性能的过高要求以及使用前置液紊流低返速顶替固井技术提高二界面胶结质量，充分体现了固井工程“一体化”系统设计思想；固井前调整、优化钻井液流变性能，可降低钻井液屈服值、塑性粘度、初终切力和流动摩阻压力，防止固井顶替过程中泵压过高压漏薄弱地层，并能有效除去大块钻屑及附着在井壁的虚滤饼，预防固井后声幅测井电测遇阻下小钻杆通井等复杂工况，有利于改善滤饼质量并提高第二界面胶结质量；在水泥浆返速无法达到紊流流态性能下采用前置液紊流冲洗及水泥浆低返速顶替技术，并结合流速剖面梯级匹配顶替技术，能够有效提高顶替效率，适合窄安全压力窗口防漏注水泥的施工要求，提高固井质量。     

火烧油层工况下加砂油井水泥石失效演化研究

采取火烧油层方式开采稠油过程中,高温和CO2环境时常引发固井水泥石强度衰退,渗透率增大,层间封隔失效,极大缩短稠油井生产寿命.本文针对该问题,通过测试分析加砂油井水泥石强度、渗透率等性能衰退规律,结合物相分析、微观形貌观察等,研究了稠油火烧油层工况下加砂油井水泥石性能失效演化规律及机理.结果表明:高温和碳化环境导致加砂油井水泥石中C-S-H凝胶和Ca(OH)2等水化产物持续被消耗,微观结构劣化失效越发严重,水泥石完整性不断破坏,强度衰退率增大.碳化条件下低温50℃时,加砂油井水泥石微观结构致密,渗透率、孔隙度较低,受碳化作用影响较小,故强度发展稳定;300℃时,加砂水泥石物相、微观形貌处于即将劣化失效的临界点,水泥石强度衰退率16.07％,渗透率急剧增大;400℃时,水化产物C-S-H和Ca(OH)2含量递减,碳化产物CaCO3含量递增,微观结构劣化演变加剧,水泥石试样开裂膨胀,表面出现大量纵横交错的裂纹,完整性遭到严重破坏,导致强度大幅度衰退,已不能满足固井施工要求.     

微细橡胶粉对油井水泥基复合材料性能的影响

为降低固井水泥石脆性,保持固井水泥环的完整性,解决油气井开采安全隐患.本文将微细橡胶粉添加到水泥基复合材料中.通过抗压强度和抗折强度变化规律,考察橡胶粉的最优掺量;通过三轴力学测试、渗透性实验,考察橡胶粉对水泥石复合材料变形能力的影响和抗渗性能影响;通过比表面积、粒度分布和微观形貌,表征橡胶粉特性,并对水泥石进行微观形貌分析,探讨其增韧降脆机理.结果发现,最优掺量为0.5％,在此掺量时水泥石弹性模量降低34.3％,孔隙度变小,抗渗性能提高,既能增强水泥石的塑性和弹性变形能力又使水泥石结构更为致密;橡胶粉比表面积0.4187 m2/g,平均粒度64.4865μm,与水泥石基体接触面积大;微细橡胶粉与水泥石基体粘结紧密,能吸收大量能量、填充水泥石孔隙,有效降低水泥石脆性.     

汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-2孔防漏固井技术研究与应用

汶川地震断裂带科学钻探项目二号孔(WFSD-2)钻探施工过程中,地层破碎,坍塌、掉块严重,钻进过程中发生多次井漏。为防止固井过程中发生漏失影响固井质量,采用低密度防漏水泥浆常规单级固井工艺。经过多次水泥浆性能试验,调配出了既具有良好流动性、又具有触变性的低密度纤维防漏水泥浆配方。该低密度纤维防漏水泥浆体系在WFSD-2孔168.3 mm套管固井中施工顺利,应用效果良好。     

国内目前固井面临的新问题及发展方向

结合国内固井界普遍存在的问题,提出今后国内固井研究的主攻方向为：①固井液新材料技术：开展固井新材料基础研究,研究可固化多功能钻井液、抗腐蚀水泥体系及具有变形协调能力的水泥体系,特别是从水泥水化微观角度出发提出的水泥石基质塑化增韧思想设计具有长期层间封隔效能及较强力学形变能力的全新“水泥环”将是固井新材料发展的新方向;②井下工具技术：开展变径扶正器、可旋转水泥头及与柔管钻井完井配套的小尺寸固井工具研究,以及开展机电一体化与计算机自动控制作业装备的研究,实现井下工具与地面装备的专业化与自动化;③远程控制与决策支持系统：开展仿真模拟及卫星通讯在固井领域的应用研究,建立专家知识系统实现在线诊断、远程控制及人机交互;④复杂井及特殊结构井固井工艺技术：开展深井与超深井、特殊轨迹井、小间隙井等特殊工艺井的固井工艺研究。新材料、新工具、新工艺及计算机辅助工程将是固井学科发展的新方向,固井水泥环对油气井寿命的影响将越来越受到人们的重视。     

矿渣对铝酸盐水泥石性能影响的研究

铝酸盐水泥在混凝土工程中具备良好的耐高温性能,但因其在低温下具有温度敏感性,限制了其在固井工程中的应用.实验以铝酸盐水泥为主材进行矿物熟料优选复配,运用矿渣对铝酸盐水泥进行改良,并采用XRD、SEM和热分析等试验手段对作用机理进行分析.试验结果表明:矿渣可有效地改善铝酸盐水泥强度发展存在温度敏感区间的缺点,且能提高水泥石高温后的抗压强度以及长期耐温性能.低温下生成的水化钙铝黄长石(C2ASH8)可有效提高铝酸盐水泥石的强度发展,高温生成的C3AS2 H2和C3ASH4结晶度高,AlO(OH)填充在晶体的空隙当中,使得水泥水化产物结构紧密,水泥石力学性能长期稳定、耐温性能良好.     

热力采油条件下粉煤灰改善铝酸盐水泥石耐高温性能及作用机理研究

硅酸盐类水泥石经热力采油后耐高温性能变差是诱导套管损坏和水泥环层间封隔失效的关键原因.和普通硅酸盐水泥相比,铝酸盐水泥具备更好的耐高温特性,但却存在温度敏感性强、高温养护后强度不高的缺点.实验通过在铝酸盐水泥中掺入粉煤灰并采用高能球磨方法重新制备水泥材料,采用XRD和SEM等测试方法,对粉煤灰材料改善铝酸盐水泥石耐高温特性和作用机理进行分析.结果表明:通过球磨方式加入粉煤灰材料不仅有利于水泥石低温强度的发展,而且能够明显改善铝酸盐水泥石的长期耐高温特性;其组分SiO2和铝酸盐水泥水化产物C3AH6发生反应,并生成C3ASH4等稳定相,使水泥石晶体结构排列致密,在高温下能够保持稳定,从而使得水泥石能够保持良好的力学性能,进而有利于保护套管和改善水泥环层间封隔性能,延长稠油热采井的生产寿命.     

基于乌式黏度计法的固井聚合物外加剂耐温能力评价方法

高温深井固井质量难以保证,其中一个重要原因是高温下水泥浆综合性能难以保证。目前多使用外加剂调节水泥浆高温性能,这类外加剂多为聚合物。高温下水泥浆的沉降稳定性、滤失量通过使用降失水剂进行调节,稠化时间通过使用缓凝剂进行调节。随着井深增加,井底温度和压力逐渐升高,高温下水泥浆的沉降稳定性、失水及稠化时间调控难度加大,然而少有对聚合物外加剂本身耐温性能的评价方法。因此基于高温下聚合物溶液黏度降低的机理,通过乌氏黏度计评价聚合物溶液黏度变化,推荐一种聚合物外加剂耐温能力评价方法,即测量外加剂高温养护前后分子量变化率（△M）,△M绝对值越趋于0,表明耐温性能越好,以此指导高温固井注水泥工作中聚合物外加剂的优选。      

典型水溶性聚合物对水泥浆性能影响研究

水溶性聚合物聚丙烯酸钾(K-PAM)是一种常用的钻井液处理剂,常常会对油气井固井水泥浆造成污染。考察了不同掺量的聚丙烯酸钾对水泥浆流动性能的影响。结果表明,随着掺量的逐渐加大,水泥浆流动性变差,瞬间失去流动性,对水泥浆造成污染。借助傅里叶红外光谱、扫描电镜(SEM)和能谱(EDAX)对聚丙烯酸钾和污染后的水泥浆体进行了微观结构分析,探寻了产生污染的本质原因。研究表明,水泥浆污染是聚丙烯酸钾与水泥水化析出的金属离子发生交联反应形成阳离子-聚合物空间网络结构以及聚丙烯酸钾与水泥水化产物形成互穿网络结构造成的。     

氯氧镁水泥在水热环境下强度变化机理

常规水泥在漏层封堵、调剖堵水及储层改造中会伤害储层,且由于封堵层酸溶蚀效果差,将影响后期酸化改造,氯氧镁水泥可以改善这些问题.采用xRD和sEM.EDx技术研究了水热环境下氯氧镁水泥的相态物质对强度的影响,结果表明强度随养护温度和时间的增加而降低,水化产物组分和形态发生了不利于强度增加的转变.常压养护条件下表明,氯氧镁水泥石获得最佳强度的原材料配比为活性MgO:Mgcl2:H2O=8:1:16.