抗盐塑性水泥浆体系的室内评价和现场试验

塑性水泥浆体系是解决目前越来越多的深井、超深井固井难题的有效手段,但在大段盐膏层固井时,由于盐的侵入,而使水泥浆的性能发生改变,严重时可导致施工失败.为了提高盐膏层的固井质量,文章提出的抗盐塑性水泥浆体系,由G级水泥、早强增塑剂QA、降滤失剂SZ1-2、分散剂SXY、调凝剂PN和TEA组成.实践证明,该体系综合性能特别是抗盐性能优良,能满足深井、复杂井以及大段盐膏层的固井要求.     

超深井抗盐高密度固井水泥浆技术

塔里木油田克深井区超深井固井存在井下盐膏层发育、窄间隙、高压、高温、大温差等固井技术难题,固井质量无法保证。为解决固井难题,完善了井眼准备通井技术,修正了刚度比计算公式,控制套管下放设计,通过室内实验开展加重材料的优选及合理配比、优选抗盐抗高温添加剂体系、采取针对性技术措施提高水泥石抗高温强度衰退性能,研究出了超高密度抗盐抗高温防气窜水泥浆体系,并对其进行性能评价。结果表明,该水泥浆体系流动度为18～22 cm,水泥浆上下密度差为0.03 g/cm3,其具有流动性能良好、稳定性较好、防窜性能良好、早期强度高、长期强度无衰退等优点,形成了克深井区超深井盐膏层尾管固井技术。该固井技术在现场应用5井次,测声幅固井质量良好。克深井区超深井窄间隙盐膏层尾管固井技术,不但可以解决该区块固井难题,还封固了高压盐水层,保障了该区块的安全、高效开发。      

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随着油气田勘探开发技术的深入发展,深井,超深井的数量不断增多,深井,超深井的特点是：井深,温度高,水泥环薄,固井难度大,而各种增产工艺,措施和后期作业对油气井固井质量也提出了更高的要求。水泥本身具有硬和脆的性质,受后续施工,射孔或由由于地层条件下复杂作用力的影响,易发生脆裂,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,文章通过研究深井塑性水泥原理,提出评价方法和塑性水泥配方,进行了塑性水泥施工性能的力学性能的大量实验,并在此基础上完成了20井次注水泥施工,实践表明,塑性水泥具有优良的综合性能和抗外冲击能力,施工方便,能提高深井复杂井的固井质量。     

抗高温抗盐降失水剂DRF-100L的研制及性能评价

中国使用的降失水剂普遍存在抗高温、抗盐能力差的问题,因此采用水溶液自由基聚合法制备出了油井水泥抗高温、抗盐降失水剂DRF-100L.DRF-100L为多元共聚物,抗高温能力达到180℃;能将淡水及盐水水泥浆的API失水量控制在100 mL以内;对水泥水化影响较小,对水泥石的强度发展无不良影响;以DRF-100L为主剂的常规密度水泥浆及高密度水泥浆均具有良好的综合性能,能够满足深井、超深井、复杂地层固井的需要.     

塔河油田超深井盐水低密度水泥浆尾管固井技术

针对塔河油田超深井(设计井深6200～6600m)、盐层巨厚(厚度为80～400m，且埋藏深，盐膏层井深5200～5600m)、盐层上下漏失层并存等复杂地质条件，对油井水泥外加剂、外掺料的科学筛选，增强水泥石塑性和抗腐蚀流体能力，尾管使用复合套管柱，采用平衡压力固井，研究和应用抗盐抗高温低密度水泥浆固井技术，提高了塔河油田深井盐层固井质量和成功率，成功解决了困绕多年的塔河油田盐层超深井固井难题。     

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针对国内油气田复杂地层固井时的水泥浆低返及射孔和后续增产措施造成的水泥环脆裂（即二次窜流）问题，研制开发了F27A型油井水泥防漏增韧剂，并对其防漏性能、水泥石的各种力学性能（抗折强度、抗冲击功和弹性模量）及水泥浆体系的工程性能进行了研究。此外，还进行了聚能射孔模拟试验、1口井注水泥塞堵漏试验和5口易漏井的固井施工。室内研究和现场试验证明：F27A油井水泥防漏增韧剂具有优异的防漏堵漏、增韧和抗冲击作用，其综合工程性能也满足易漏地层固井施工的技术要求。     

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。     

易漏地层防漏增韧水泥浆体系的研究和应用

为解决油田复杂地层固井时的水泥浆漏失低返以及射孔和后续增产措施造成的水泥环脆裂（即二次窜流）问题,研制开发了以混杂短纤维为核心材料（F27A）的防漏增韧水泥浆体系,并对其防漏性能、水泥石的各种力学性能（抗折强度、抗冲击功和弹性模量）及水泥浆体系的工程性能进行了研究.室内研究证明：与加有胶乳、橡胶粉的水泥浆体系相比较,F27A防漏增韧水泥浆体系流变性能好、稠化曲线规范、稠化时间可调,自由水为零,水泥石抗压强度在20～26 MPa之间,不受地层水和温度的影响,具有更优异的防漏堵漏、增韧和抗冲击作用.此外,还进行了聚能射孔模拟试验、1口井打水泥塞堵漏现场试验和35口易漏井的固井施工,固井质量合格率为100%,优质率为94.3%.     

DZF-1防漏增韧水泥浆体系研究与应用

针对大庆油田低压易漏井固井时水泥浆低返现象及油井后期射孔、压裂等增产措施造成的水泥环脆裂问题，研发了DZF—1防漏增韧水泥浆体系，应用聚能射孔模拟试验方法研究分析了水泥石各种力学性能（抗折强度、抗）中击功、弹性模量），阐述了纤维材料对提高水泥石韧性和防漏作用机理。现场试验表明，DZF—1防漏增韧水泥浆体系具有良好的防漏堵漏、增韧和抗冲击作用，水泥浆各项性能满足了固井施工的技术要求。     

R90抗盐水泥浆外加剂研究

介绍了配制饱和盐水水泥浆时盐对国产G级水泥浆性能的影响,包括水泥浆稠化时间、水泥石强度(早期强度和高温强度)、水泥-盐岩界面胶结状态及水泥石膨胀等。根据中原油田深井、高压、低渗透油藏、环空间隙小、盐层等特点研制了R90抗盐水泥浆外加剂,它包括3个主要组分:R906降滤失剂、R904分散剂和R909缓凝剂。室内模拟实验表明,使用加有R90抗盐外加剂的饱和盐水水泥浆固井,基本能满足封固盐岩层的技术指标。R90饱和盐水水泥浆在中原油田4口井进行了现场实验,固井成功率为100％。     

耐高温油井水泥缓凝剂SCR180L 的合成及评价

针对深井、超深井、长封固段固井中大温差下水泥浆顶部强度发展缓慢或超缓凝的难题,以2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸（AMPS）、N- 乙烯基吡咯烷酮（NVP）和衣康酸（IA）为原料开发了新型高温缓凝剂SCR180L,并用红外光谱对共聚物的结构进行了表征。室内研究表明,SCR180L 可满足循环温度范围为70~180 ℃的固井需求;100 ℃、50 MPa 下,加入0.9%~1.8%SCR180L 的水泥浆稠化时间延长到127~331 min;150 ℃、70 MPa 下,加入2.7%~3.6%SCR180L 的水泥浆稠化时间延长到214~409 min,且随缓凝剂的加量增加而有规律的延长;温差70 ℃条件下水泥浆强度发展良好,24 h 水泥石强度大于14 MPa;缓凝剂抗盐能力可达到18%。现场应用结果表明,缓凝剂SCR180L 耐温性能好,温度适应范围广,对水泥石抗压强度的影响不明显,可以满足深井、超深井及长封固段、大温差固井的应用需求。     

胜利油田深探井固井技术难点与对策

针对胜利油田深探井固井面临地层压力层系多、井壁稳定性差、高温、高压等复杂地质条件,固井施工工艺复杂,压稳、防漏难度大,固井工具可靠性差,导致固井质量合格率偏低等问题,通过系统分析固井技术难点及其主要影响因素,研究了配套的深探井固井工艺技术。针对深探井高温、高压条件下进行固井施工时防窜、防漏等的需要,研制了高温水泥浆、晶格膨胀水泥浆、低密度高强度水泥浆、防窜抗渗水泥浆等4种水泥浆体系;通过压稳设计分析、钻井液性能调整、前置液优选、高压井防窜、固井工具优选等,研究了具有针对性的固井技术措施。2012年,该深探井固井工艺技术在胜利油田61口井进行了现场应用,结果表明,固井质量得到明显提高,其中第二界面固井质量合格率由之前的40%~50%提高到82%。实践证明,综合配套的深探井固井工艺技术能够满足该油田深探井固井施工需要。      

华北油田复杂井固井技术

针对华北油田二连阿南，哈南高压注水采油区块和冀中潜山深井区块固井难度大和固井质量差等问题。华北石油管理局钻井工艺研究院在二连地区采用早强，膨胀和低失水水泥浆，并配合使用套管外封隔器，两凝固井工艺技术。解决了低温高压注水调整井固井作业中存在的问题，提高了固井质量；在冀中地区采用低密度，高强度，零析水，成膜型降失水水泥浆，配合采用双压双凝固井工艺技术，有效防止了井漏，油水互窜等井水复杂事故，提高了固井质量。早强，膨胀和低失水水泥浆低温早强，失水量小于200mL，在凝结过程中能产生有效膨胀，初凝和终凝时间较短，能有效防止气窜及油水互窜，成膜型降失水水泥浆失水量小于100mL，密度和稠化时间易调；有机塑性高分子胶粒在水泥凝结过程中由于被压缩而微膨胀，能有效补偿水泥石孔隙压力，达到防窜，改善水泥石韧性和变形能力的目的。     

高强度低密度水泥浆固油层技术

常规低密度水泥浆固井中存在水泥石抗压强度低、水泥浆游离液含量大、浆体稳定性差等突出问题,满足不了油层固井需要。为保护油气层、提高固井质量,通过深入研究,从筛选和优化水泥、外掺料及配伍外加剂入手,开发了高强度低密度水泥浆体系;并通过采取新工艺、强化技术措施,有效解决了油层固井中遇到的一系列问题,在中国科探1井、4000 m以上深井、煤层气井以及浅层稠油井等40余口井进行了油层固井作业,固井一次成功率100%,质量优良率90.5%,达到了满意的效果。     

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。     

垦东油田固井水泥浆技术

胜利垦东油田地层压力系数低,一般为0.9～1.0,600～700 m井段间还有浅气层,要求水泥浆返至地面,固井面临着封固段长、水泥用量大、易漏失憋泵、地温梯度低、水泥石强度发展慢、施工压力高、油气水易侵入造成窜槽等难题.该区块2003年固井30口(其中5口井经补救合格),合格率为93.3%,优质率为60%,固井质量严重威胁着油田的合理开采和产能建设.经室内实验研究和分析对比,优选出了水泥浆配方,并采取了相应的技术措施.现场应用表明,优选出的水泥添加剂相容性好,配伍性强,浆体性能优良,能防止对油层的污染,延长油井寿命;水泥石的渗透率低、强度高、韧性强,大大提高了固井优质率,现场固井20口,合格率达100%,优质率为80%.     

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%.     

多尺度纤维韧性水泥浆体系研究与应用

针对油井水泥石脆性大、抗拉强度低、抗冲击和抗破裂性能差等问题,优选了3种不同尺度的无机纤维,并通过正交试验进行复配,形成了多尺度纤维增韧剂BCE-230S。考察了BCE-230S加量对水泥浆性能及对应水泥石力学性能的影响,确定了其最佳加量,形成了多尺度纤维韧性水泥浆体系。性能评价试验结果显示,与普通水泥石相比,多尺度纤维韧性水泥石的劈裂抗拉强度、抗压强度及抗冲击功显著提高,杨氏模量显著下降,且水泥浆性能良好。多尺度纤维韧性水泥浆体系在冀东油田低渗透油藏应用了10余井次,2个胶结面的胶结质量较邻井显著提高,后期压裂顺利,试油未见层间窜流。研究结果表明,多尺度纤维韧性水泥浆体系能够解决油井水泥石易脆裂的问题,可以保障井筒密封完整性和固井长期封固质量,具有广泛的应用前景。      

偏心机械式振动固井技术在长庆油田的应用

为提高长庆油田注水调整更新井固井质量,试验应用了一种偏心机械式振动固井技术。在室内采用ZD-34电动振动器评价装置对振动器进行室内模拟,对水泥浆振动后的抗压强度、胶结强度、稠化时间、初终凝过渡时间和渗透率进行评价,结果表明,振动后水泥浆稠化时间缩短25%~30%,初终凝过渡时间缩短30%~50%,水泥石24h抗压强度提高10%~14%,胶结强度提高11%~16%,渗透率降低33.3%~43.9%。该技术在长庆油田吴堡区块应用5口井,试验井油水层封隔良好,总体固井优质率提升20%以上。室内实验和现场应用表明,偏心机械式振动固井技术可以有效提高固井质量,具有较好的推广应用前景。