一种超低密度高强度水泥浆配方的优选

利用PVF最大化原理,选用漂珠、水泥、玻璃微珠以及微细水泥构成4级颗粒填充体系,设计出了一种密度为1.15 g/cm.的超低密度高性能水泥浆.对材料的来源进行了优选,对外加剂的作用机理进行了分析.该超低密度水泥浆稳定性好,析水量为0,失水量小于50 mL;稠化时间在220～320 min之间可调,基本成直角稠化;具有较高的早期强度,在中低温条件下的24 h水泥石强度大于11.0 MPa,在90℃时的24 h强度达到12.0 MPa;解决了长期困扰超低密度水泥浆存在的浆体稳定性差、候凝时间长、早期强度低等问题,具有良好的施工性能.     

超低密度水泥浆体系设计和研究

欠平衡钻井的发展和某些低破裂压力地层要求固井水泥浆密度低于1.20 g/cm^3,有些甚至要求水泥浆密度低于1.00 g/cm^3。为此,引入了超低密度水泥浆的概念;分析了所使用的减轻材料选择依据,提出超低密度水泥浆设计原理,超低密度水泥浆密度可达0.96 g/cm^3;讨论了超低密度水泥浆稳定性、失水、强度等性能,并对超低密度水泥浆的综合性能进行了试验,结果表明其综合性能优良,可以满足各种固井工程的应用要求。     

高强低密度水泥浆体系的研究

常用的低密度水泥浆在更低的密度条件下已不能满足固井施工的要求.因此结合低密度高强度水泥浆技术以及XF降失水剂水泥浆技术,进行了超低密度水泥浆的研究.研制出的高强超低密度水泥浆,使用密度范围为1.0～1.3 g/cm3,适用温度范围广泛,具有水泥浆稳定性好、抗压强度高、渗透率低、防气窜能力强、失水量易控制等特点,满足了低压易漏、气体钻井以及欠平衡钻井的固井要求,达到了防漏、防窜、降低成本、实现长封固段固井,简化施工工艺等目的.     

低密度高强度水泥浆体系研究与应用

以颗粒级配原理和紧密堆积理论为依据,采用漂珠或玻璃微珠等作减轻剂,与水泥、超细材料和悬浮稳定材料进行粒度级配,经过实验复配出3种适用于不同密度段的减轻增强材料,同时研究出了低密度早强剂和适用于密度低于1.30 g/cm3体系的抗温耐盐成饼AMPS类降失水剂.在此基础上,研究出密度为0.98～1.30 g/cm3的超低密度水泥浆和密度为1.30～1.60 g/cm3的低密度高强度水泥浆.该体系适用于45～120℃的井况,稠化时间可调,具有较高的早期强度(24 h强度大于10MPa),API失水量小于60 mL,无游离液,流动性好,具有优异的稳定性,能有效地封隔油气水层,缩短候凝周期.超低密度高强度水泥浆及低密度高强度水泥浆已在储气库井中得到广泛应用,取得了良好的效果,解决了现场的技术难题.介绍了该水泥浆在双6-H3323井的固井应用情况.     

二连盆地低阶煤层超低密度水泥浆固井技术

为解决二连盆地低阶煤层常规低密度水泥浆固井漏失严重、返高低等难题,针对该煤矿区微裂缝较发育、岩层强度低导致承压能力低的特点,研发出一套超低密度水泥浆体系,配套使用的稳定增强材料解决了配制超低密水泥浆时易出现的微珠上浮、水泥下沉的分层离析现象,同时分析了水泥浆体系失水对煤储层的影响。该超低密度水泥浆的现场应用密度最低达1.06 g/cm3,流动度控制在19～20 cm,析水为0 mL,30℃稠化时间控制在1.5～4.5 h,API失水量小于50mL,24 h抗压强度大于3.5 MPa,72 h抗压强度大于6.0 MPa,综合性能优良。该超低密度水泥浆体系已在华北油田的二连盆地应用5井次,均实现了单级固井返至井口的要求,固井质量合格率为100%。      

低成本超低密度水泥浆体系研究与应用

针对低压易漏失、长封固段地层的固井难题,同时适应当前油气勘探低成本战略,开发出一种复合增强材料BCE-650S。该材料具有稳定性好、高活性、高蓄水等特点,且来源广泛、价格低廉。对其辅以适当外加剂,形成了密度在1.20～1.30 g/cm3的超低密度水泥浆体系。该体系在扩大水灰比、降低密度的同时,还具有优良的性能,使低密度水泥浆的成本大幅降低,水泥浆在60℃养护24 h后的抗压强度大于8 MPa,72 h抗压强度在10 MPa以上;浆体稳定性、耐压性能良好;失水量可控,稠化时间可调,满足施工要求。该体系已经应用于吉林油田,现场固井效果良好,具有推广应用前景。      

0.9 g/cm3超低密度水泥浆体系室内研究

通过分析固井施工对超低密度水泥浆的要求,针对现阶段超低密度水泥浆面临的挑战,优选使用C级水泥和降失水剂C-FL712L,以及高性能增强材料C-BT5得到了一种超低密度水泥浆,并对该水泥浆的综合性能进行评价。评价结果表明,构建的0.9～1.1 g/cm3超低密度水泥浆综合性能良好,浆体稳定性高、上下密度差可控制在0.05 g/cm3以内,稠化时间可调,60℃抗压强度达到7 MPa以上,静胶凝强度发展较快,有较好的防气窜功能,适用的压力范围大,满足固井工程应用要求,可以在低压易漏油藏及超长封固段井的固井施工中推广应用。      

超高密度水泥浆体系高温性能室内研究

通过分析高温高压油气井固井常遇到的一些问题,提出了选用特定粒径分布的高密度锰铁矿粉作为加重剂,构建密度可达2.80g/cm3抗高温的超高密度聚合物水泥浆体系。文章对超高密度水泥浆体系作了简要的介绍,通过对水泥浆高温下的流变性、稳定性以及失水与强度性能试验研究发现,该水泥浆体系具有流变性好、浆体稳定性高、失水量低、水泥石强度发展迅速、防窜能力强的优点,其综合性能能够满足深井、超深井固井作业要求,具有良好的应用前景。     

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。     

低压易漏深井大温差低密度水泥浆体系

针对塔中低压深井长封固段大温差固井面临的低密度水泥浆高温稳定性差、易漏失、返出井口后长时间无强度等固井技术难题,开展了密度 1.20~1.60 g/cm3大温差低密度水泥浆体系研究。从抗压、抗剪切性能、颗粒形态等方面对漂珠进行优选;基于颗粒级配原理,从提高水泥浆稳定性和抗压强度出发对减轻剂、填充剂、超细材料进行优选及合理组配,结合缓凝剂和降失水剂之间的协同作用,设计出一套长封固段大温差低密度水泥浆体系。实验结果表明:该低密度水泥浆体系流变性好,失水低,模拟工况条件下,水泥浆上下密度差小于 0.02 g/cm3,稠化时间和强度发展满足施工要求,能满足温差 70~120 ℃、一次性封固 6 000 m左右的固井需要。     

高强增塑低密度水泥浆体系研究

常用的低密度水泥浆体系在低压易漏地区固井存在强度低的缺陷,油气勘探开发对低密度水泥浆体系提出了更高的要求。研究开发了以漂珠、水泥颗粒、微硅颗粒和颗粒级配增强剂为主构成的4级颗粒填充结构及与之配套的增韧复合纤维构成的高强增塑低密度水泥浆体系,对水泥石强度、水泥环抗冲击能力、水泥浆性能、浆体稳定性进行了室内实验。实验结果表明,水泥浆具有流变性能好、失水量小、稠化过渡时间短的优点,可显著提高低密度水泥石的综合强度、水泥浆的稳定性和防窜能力,与其他外加剂也有良好的配伍性。在胜利油田及川东北地区进行了现场应用,效果良好,为解决当前低压易漏井的固井问题提供了一个可行的途径。     

高密度水泥浆沉降稳定性评价方法探讨

针对高密度和超高密度水泥浆设计中凝结沉降稳定性迄今仍无依据的问题,研制出了水泥浆凝结沉降稳定性指标确定装置,依据凝结水泥石的纵向抗压强度满足固井质量要求的思想,提出了高密度和超高密度水泥浆的凝结沉降稳定性指标的确定方法。该方法将顶部一段水泥石的抗压强度刚好满足工程对水泥石抗压强度要求的最低值所对应水泥石柱顶部与底部的密度差值,作为水泥浆沉降稳定性密度差值的指标。模拟实验结果表明,利用该装置确定水泥浆的凝结沉降稳定性指标的方法简单易行,可靠性好。用该装置,根据模拟条件下水泥石纵向抗压强度满足固井环空封固要求为前提,提出了高密度和超高密度水泥浆凝结沉降稳定性指标的方法,为施工设计提供了理论依据。     

超高温超高密度防气窜水泥浆

针对超高温超高密度水泥浆设计中难于协调的超高密度与高强度、良好流动性与浆体稳定性的矛盾问题,利用粒度级配原理建立了以水泥为水化胶凝材料和颗粒表面存在吸附水化膜的三级颗粒紧密堆积粒度级配新模型,并应用该模型通过室内优化和添加剂优选实验,实现了以还原铁粉和铁矿粉加重、硅粉热稳定和微硅充填的双三级颗粒级配的组配加重,进行超高密度水泥浆的实验优化。开发出了抗温达200℃,密度达2.82 g/cm3的超高密度防气窜水泥浆体系。室内评价结果表明,该体系综合性能协调良好,防气窜能力强,说明所建立的三级颗粒级配新模型和应用该模型采用双三级颗粒级配进行超过密度水泥浆实验设计的可靠性和实用性。     

超低密度高炉矿渣水泥浆研究

针对油田在低压易漏地层中使用１．４０￣１．６０ｇ／ｃｍ＾３的低密度水泥浆固井存在水泥浆返高不够,固井质量差等问题,结合矿渣膨润土水泥浆。矿渣ＭＴＣ固井技术和多功能钻井液固井技术,利用矿渣和漂珠等材料设计了密度１．２０￣１．３５ｇ／ｃｍ＾３的超低密度矿渣膨润土水泥浆,矿渣ＭＴＣ浆和矿渣ＵＦ浆。     

新型抗高温粉煤灰低密度水泥浆

针对目前粉煤灰低密度水泥浆体系高温下沉降稳定性差及顶部水泥石抗压强度发展缓慢等问题,测试了在中高温条件下粉煤灰、微硅类稳定剂加量对水泥石强度的影响,实验发现微硅类稳定剂在高温条件下(≥125℃)会阻止粉煤灰水泥浆抗压强度正常发展。通过研究出一种新型高温增强剂,保证了粉煤灰低密度水泥浆体系的高温稳定性,并解决了目前粉煤灰低密度水泥浆体系存在的高温强度发展异常、强度很低等问题,最后开发出一套密度为1.50~1.60 g/cm3的粉煤灰低密度水泥浆体系。该体系具有沉降稳定性好、API失水量小、稠化时间可调等性能,水泥石抗压强度较高且顶部抗压强度发展良好,130℃下静胶凝强度的过渡时间为18 min,能够满足85~130℃的大温差高温固井。     

铁矿粉对高密度水泥浆流变性的影响

以粒度级配和紧密堆积原理为理论依据,以嘉华G级高抗硫油井水泥和铁矿粉等为基本原料,采用NN—D6型六速旋转粘度计,研究了密度为2．6g/cm^3的高密度水泥浆体系中铁矿粉的形状、粒度及粒度级配对其流变性能的影响。结果表明：采用颗粒圆形度较好、粒度较大、粒度级配范围较宽的铁矿粉作为加重剂,可以改善高密度水泥浆体的流变性。     

基于热增黏共聚物的高密度水泥浆高温稳定剂

针对水泥浆高温沉降失稳问题,设计开发了一种基于热增黏共聚物的高温高密度水泥浆稳定剂。首先,合成了一种热增黏共聚物,共聚物中引入新型疏水单体,测试了热增黏共聚物溶液不同温度下的流变性能,探索了其热增黏机理。热增黏共聚物溶液表观黏度随着温度的升高逐渐增加,115～125 ℃时达到最大值,温度持续升高,表观黏度略有降低,但150 ℃表观黏度仍可维持在初始表观黏度的2～4倍,表现出良好的热增黏效果。基于合成的热增黏共聚物,与助剂复配,制备了高温高密度水泥浆悬浮稳定剂,评价了稳定剂对高密度水泥浆沉降稳定性的影响,和加有稳定剂的高密度水泥浆流变性能、失水量、游离液、稠化性能和抗压强度等综合性能。实验结果显示,2.50 g/cm3高密度水泥浆中加入1%稳定剂后,150 ℃水泥浆密度差由0.58 g/cm3降低至0.07 g/cm3,水泥石密度差降到0.08 g/cm3以下,水泥浆高温变稀现象得到抑制,稳定性显著改善。加入稳定剂后,高密度水泥浆失水量及游离液降低,对水泥浆稠化时间、流变性能及抗压强度影响小,综合性能能够满足现场施工需求。      

高密度水泥浆沉降稳定性评价方法探讨

针对高密度和超高密度水泥浆设计中凝结沉降稳定性迄今仍无依据的问题,研制出了水泥浆凝结沉降稳定性指标确定装置,依据凝结水泥石的纵向抗压强度满足固井质量要求的思想,提出了高密度和超高密度水泥浆的凝结沉降稳定性指标的确定方法。该方法将顶部一段水泥石的抗压强度刚好满足工程对水泥石抗压强度要求的最低值所对应水泥石柱顶部与底部的密度差值,作为水泥浆沉降稳定性密度差值的指标。模拟实验结果表明,利用该装置确定水泥浆的凝结沉降稳定性指标的方法简单易行,可靠性好。用该装置,根据模拟条件下水泥石纵向抗压强度满足固井环空封固要求为前提,提出了高密度和超高密度水泥浆凝结沉降稳定性指标的方法,为施工设计提供了理论依据。     

防渗漏水泥浆体系的研究与应用

为克服长庆低压易漏地层固井水泥浆易漏失的难点,开发出了集防渗漏和减轻性能于一体的GJQ防漏材料.该材料主料为海绵体,其密度低于漂珠并具有一定的膨胀特性,同时引入了其余辅助减轻材料、颗粒级配材料和活性胶凝材料,这4种材料的粒径互补、配伍性强,能够充填水泥石空隙,形成更加致密的水泥石;GJQ可将水泥浆密度降低至1.20 g/cm3,形成的低密度水泥浆稳定、析水量小、抗压强度高,适用于低压易漏地层及井筒上部填充段固井.通过现场试验,该体系的应用效果好,满足了鄂尔多斯盆地低压易渗地层固井的需要,解决了以往漏失缺返导致地层水侵蚀套管和固井质量差等技术难题,提高了固井质量,延长了套管使用寿命.