油井水泥降失水剂接枝改性聚乙烯醇的研究

聚乙烯醇(PVA)作为油井水泥降失水剂使用时,适用温度较低,难以满足高温固井的需求。通过 2-丙烯酰胺 -2- 甲基丙磺酸 (AMPS)、丙烯酰胺 (AM) 等单体,对 PVA1788 进行接枝改性,合成了一种油井水泥降失水剂——接枝改性聚乙烯醇。室内实验评价了该改性聚乙烯醇作为降失水剂使用的耐温性能、抗盐性能、流变性能、抗压强度及防气窜性能等。结果表明,加有改性 PVA 的水泥浆在 150 ℃时 API 失水可控制在 150 mL 以内;抗盐达 18%;改性PVA 明显改善了聚乙烯醇类降失水剂不抗盐的性能,稠化时间较原浆稍有延长,水泥石的抗压强度较原浆稍有提高,与其它外加剂配伍性良好,水泥浆具有很好的防气窜能力,综合性能能够满足150 ℃以下的中高温固井要求。      

化学交联聚乙烯醇的交联度和降失水性能的关系

作为油井水泥降失水剂，聚乙烯醇（PVA）和共混的无机盐在较低温度下（＜40℃）难形成均匀的络合物胶，在较高温度下（＞100℃）络合物胶又易分解，因此共混交联PVA的适用温度范围较窄。用化学交联的方法对油井水泥降失水剂PVA进行了改进。室内实验评价了化学交联聚乙烯醇的交联度（交联度与分子量成正比，试验用分子量来表征交联度）与其降失水性能的关系以及添加化学交联PVA的水泥浆的综合性能。结果表明，控制交联度使化学交联PVA的平均分子量在350000－650000之间，加有化学交联PVA的水泥浆的API失水量可以控制在50mL以下，抗温可达120℃，抗盐（NaCl）可达8％；化学交联PVA使水泥浆的稠化时间稍有延长，抗压强度不降低，抗析水能力增强，与分散剂USZ复合使用，水泥浆的流变性能良好；化学交联PVA能提高水泥浆的防气窜能力。     

韧性防气窜固井水泥浆体系研究

为开发具有较好韧性和防气窜性能的水泥浆用于气井固井,研究了用于水泥浆体系设计的增韧剂、防气窜剂等添加剂材料,构建了韧性防气窜水泥浆体系,并对水泥浆体系性能进行评价。实验结果表明,通过添加剂研究,构建的水泥浆体系配方为:100%G级油井水泥+44%淡水+2%微硅+2%降失水剂RL-30+0.5%分散剂ERA60+0.5%缓凝剂HN-3+2%防气窜剂AGC-1+3%增韧剂ETA-30。开发的韧性防气窜水泥浆体系在不同温度条件下流变性好,失水量低,稠化时间可调,浆体稳定,抗压强度满足固井施工的要求,各项施工性能较好。此外,开发的水泥浆体系的防气窜性能优异,韧性高,抵抗外部载荷破坏能力强。     

化学交联聚乙烯醇降失水剂的性能评价

以聚乙烯醇(PVA)为原料、乙二醛和戊二醛为交联剂合成了混合交联PVA油井水泥降失水剂。室内实验评价了添加混合交联PVA的水泥浆的综合性能。结果表明,加有混合交联PVA的水泥浆的API滤失量可以控制在50 mL以下,抗温可达125℃。混合交联PVA使水泥浆的稠化时间稍有延长,抗压强度不降低,抗析水能力增强;当混合交联PVA与分散剂DZS和缓凝剂DZH复合使用时,水泥浆的流变性能良好。图1表4参6     

抗温防窜胶乳水泥浆体系的研制

陆东五彩湾地区油气井固井过程中气侵、气窜严重，而现有的防窜水泥浆体系防窜作用单一，很难满足固井要求。为解决这种问题，提出用胶乳水泥浆体系来防窜。通过实验，从应用广泛的固井胶乳中优选出性能优良的胶乳，为进一步加强其防窜和降失水性能，使其与高性能降失水剂复合，添加适量外加剂，形成新型防气窜胶乳水泥浆体系；进而研究了不同温度条件下胶乳水泥浆体系对稠化时间、流变性、降失水、抗压强度的影响。结果表明：该胶乳水泥浆体系具有较强的抗温防窜性能，能完全满足该地区的固井要求。     

新型固井降失水剂BXF-200L的研制与应用

目前中国使用的固井水泥降失水剂普遍存在抗盐、抗高温能力差的问题.介绍了一种新的共聚物型抗盐耐温油井水泥降失水剂BXF-200L的研制、开发及应用.由于在该共聚物分子结构中引入了多种官能团,该降失水剂在高温、高含盐的情况下能够性能稳定;具有一定的分散性能,加量增大不会增加水泥浆的稠度,在很宽的温度范围内具有优良的降失水性能.以BXF-200L为主剂的抗盐耐温水泥浆体系具有失水量低、抗盐能力强、水泥浆体稳定、抗压强度高、胶凝强度过渡时间短、防气窜等特点,具有很好的综合性能.现场应用效果较好.     

联合使用SEP膨胀剂和KQ防气窜剂提高固井质量

深井、超深井固井作业中,水泥浆失重和徽环隙的出现严重影响固井质量。联合使用SEP油井水泥膨胀剂和KQ防气窜剂,配制出用于深井、超深井及开发井的水泥浆体系。现场应用表明,加有这两种外加剂的低滤失量膨胀防窜水泥浆体系流变性能好、水泥石抗压强度高,固井质量优良。SEP膨胀剂和KQ防气窜剂均为惰性外加剂,与其它外加剂有良好的配伍性。     

DWA-I防窜水泥浆的研究和应用

介绍了油井水泥降失水防窜剂DWA-I的研制方法,研究了DWA-I水泥浆的低失水、微膨胀、直角稠化等性能.结果表明:在35～50 ℃内,DWA-I加量为4%时,水泥浆失水量小于50 mL;水泥石渗透率比净浆降低了90%以上;1～6 h的水泥石膨胀率达1%～1.38%;初始稠度为8 Bc,20～80 Bc过渡时间为3 min,呈直角稠化.该剂自1999年起分别在大庆、吉林油田不同区块的调整井应用了98口井.固井质量分析表明,应用DWA-I水泥浆固井,在固井施工顺利的同时,无环空窜槽现象发生,固井合格率为100%,固井优质率为87.2%.该剂能有效地控制地层油、气、水窜,满足调整井固井施工和提高固井质量的要求.     

高温多功能防气窜水泥浆体系在四川盆地海相超深井中的成功应用

针对四川盆地海相高温、高压、高含硫超深气井所面临的高温水泥浆沉降、气窜、水泥石强度衰退等主要固井技术难题,基于高温高压稠化仪模拟沉降稳定性评价方法、颗粒级配原理优选体系稳定材料,采用直接测定气窜和塑性态渗透率为辅助手段的防气窜评价方法优选防气窜材料,基于乌氏黏度计法的聚合物耐温能力评价方法来优选高温缓凝剂,采用正交法测试、热重法辅助分析180℃高温养护后水泥石抗压强度,优选高温稳定剂石英砂粒径和加量,研究出水泥浆和水泥石性能良好的胶乳弹韧性和低渗透防窜水泥浆体系。结果表明,①水泥浆体系在密度为1.90~2.30 g/cm3、温度为150~180℃范围内具有良好的工程性能和应用前景,为解决该类固井技术难题奠定了基础;②加砂可缓解水泥石强度衰退,高温下,加砂量与抗压强度呈正向关系,相同加砂量下,只加细砂强度表现更优,但长期强度增加幅度不如粗砂;建议150℃和180℃时,硅砂加量分别大于35%和45%;③基于乌氏黏度计法的聚合物耐温能力评价方法能有效评价降失水剂和缓凝剂的抗高温能力,是快速筛选高温井关键处理剂的重要辅助手段;④建议进一步开展H₂S介质等酸性气体对水泥石的腐蚀评价,有利于合理设计防气窜防腐水泥浆体系。      

G306降失水剂在中原油田固井中的应用

中原油田断层多,地下层系复杂,固井作业后在水泥浆候凝期间,地下流体极易侵入,造成水泥环胶结不良甚至窜槽等问题.采用了一种新型的聚合物降失水剂G306.G306油井水泥降失水剂由多种高分子材料、无机盐按一定的比例复配而成,属聚合物微胶粒材料类外加剂.G306具有与其它外加剂配伍性好、稠化时间易调、易泵送,适应温度范围宽,抗高温和降失水性能好的优点,可将水泥浆失水量降至50 mL以下,形成薄膜并具有一定的韧性,利于水泥浆在候凝过程中防止油、气、水窜槽.现场应用表明,G306降失水剂可大大改善水泥浆的综合性能,提高水泥浆的抗气窜、水窜的能力.该水泥浆作业施工顺利,固井质量合格率达99%,优良率达88%,取得了良好的效果.     

聚乙烯醇胶乳油井水泥抗盐性能实验

为了有效地使用聚乙烯醇胶乳油井水泥，采用氯化钠和氯化钙模拟现场水质和工况。应用API标准实验方法研究了其抗盐性能。研究结果表明，随着氯化钠或氯化钙加量的增大，水泥浆的失水量、初始稠度和游离水量逐渐增大，稠化时间逐渐缩短，水泥石的抗压强度和胶结强度略有增长。氯化钠和氯化钙的加量存在拐点值，该值随聚乙烯醇加量的增大而增大，超过该值后，水泥浆失水量急剧增大，当聚乙烯醇加量为0．1%，0．35％和0．7％时，氯化钠加量的拐点值分别约为1％，3％和4％，而氯化钙加量的拐点值则约为1．5％，2．5％和3％。机理分析结果表明，氯化钠和氯化钙主要是通过与聚乙烯醇反应以及介入水泥的水化进程影响水泥浆和水泥石的性能。     

聚乙烯醇作为油井水泥降失水剂的研究

聚乙烯醇（PVA）是一种水溶性聚合物，分子中有大量的羟基存在。因此，可以把它作为油井水泥降失水剂的原料。文章研究了在不同的聚合度和醇解度的PVA作为油井水泥降失水剂的滤失性能，研究发现PVA17-88是以PVA作为油井水泥降失水剂的最好原料。并对PVA17-88作为油井水泥降失水剂与分散剂和消泡剂的配伍性、耐温、抗盐以及水泥浆的综合性能进行了系统的研究。     

耐高温聚合物降滤失剂AAS的研制与性能评价

深井超深井井底温度高,水泥浆滤失控制难度大。为解决这一问题,以 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)和苯乙烯磺酸钠(SSS)为原料,以偶氮二异丁脒盐酸盐为引发剂,通过优化AMPS、AM和SSS三者的比例,合成了三元共聚耐高温降滤失剂AAS。利用红外光谱、核磁共振氢谱表征、热重和差热分析等方法评价了AAS的稳定性,并开展了水泥浆高温滤失性能评价。结果表明,AMPS、AM和SSS质量比为20:5:1时,AAS的分解温度为350℃左右;AAS加量为1.6%时,在180℃条件下水泥浆API滤失量可以控制在150 mL以下,150℃条件下滤失量为56 mL。研究表明,降滤失剂AAS能够降低水泥浆在高温下的滤失量,对水泥浆流变性、强度和稠化时间无明显影响,能满足高温固井对水泥浆的要求。      

低温早强低水化放热水泥浆体系开发

深水水合物地层的特殊环境要求固井水泥具有低水化放热和低温早强特性,而现有的固井水泥浆体系大多不具备低水化放热特性,而且低温水化速度较慢。为此,提出了低温早强低水化放热水泥浆体系的研究思路。在铝酸盐水泥和G级水泥按照1:1质量比形成的混合水泥浆的基础上,通过对储能微球研发以及对密度减轻剂、稳定剂和其他外加剂的种类和加量的优选,形成了低温早强低水化放热水泥浆体系,其早强剂为0.06%三乙醇胺,降失水剂为1%聚乙烯醇类降失水剂CML,缓凝剂为0.35%硼酸,分散剂为1.5%SYJZ-1。同时对该体系进行的性能测试表明,在4℃养护24 h水泥石抗压强度可以达到5.9 MPa,水泥浆呈现低水化放热和低温早强特性。可以看出,该低温早强低水化放热水泥浆体系在早期强度、水化放热、密度等方面性能优异。      

微细水泥／漂珠低密度水泥浆体系的研制

利用颗粒级配和紧密堆积理论，制备了密度为1．20～1．30g/cm^3的微细水泥／漂珠低密度水泥浆体系。确定了其最佳配方：微细水泥与G级油井水泥质量比为1：1，微硅加量6．0％，降失水剂SZ1—2加量1．5％，早强剂CK21加量2．0％，分散剂SXY加量1．4％，漂珠加量30%-60％，空心玻璃珠加量10％～20％，水灰比0．58—0．62。在50℃下，考察了该低密度水泥浆的抗压强度、失水性、流变性等，结果表明，该体系具有早期强度高、稳定性好、稠化时间可调等优点，适用于低压易漏地层及超长封固段的固井施工。     

矿渣浆降失水剂GJ-1的应用

针对矿渣浆水灰比较大、固相含量相对较少、自由水比较多、失水量较大的特点，用实验的方法优选出了降失水剂GJ－1。实验和现场应用表明，GJ－1具有许多优点：（1）用量少，降失水效果显著；（2）配伍性良好，GJ－1的加入不影响激活剂、助剂、分散剂以及其它添加剂的作用效果；（3）耐温性良好，耐碱性比较好；（4）具有润湿、润滑作用，有利于泵送；（5）有一定的缓凝作用；（6）提高矿渣石的高温高压强度，GJ－1加量在0．6％以上时能将矿渣石的高温高压强度提高3－4MPa；（7）增粘不明显；（8）具有一定的悬浮能力；（9）强化矿渣浆的直角稠化，加入GJ－1的矿渣浆可以应用于防窝固井技术，能够解决长封固段井的固井难题和低密度矿渣浆的沉降稳定性问题，保证施工安全，提高固井质量。     

新型耐高温油井降失水剂的合成与性能评价

以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和一种具有特殊结构的磺酸基单体(TS)为原料,过硫酸氨为引发剂,合成了新型抗高温抗盐油井水泥降失水剂FR。利用红外光谱、核磁共振、热重分析表征降失水剂FR的结构及热稳定性,评价了含降失水剂FR的水泥浆的降失水性能、抗温性能、抗盐性能、稠化时间等工程性能。结果表明:丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和磺酸基单体(TS)有效聚合到降失水剂FR中;该降失水剂耐温性能和控制失水性能良好,可在90~200℃内使用,当温度为200℃、FR质量分数为1.0%时,水泥浆体系失水量为48 mL;降失水剂FR耐盐性能良好,可在含有25% NaCl的水泥浆体系中使用,并控制其失水量为24 mL;降失水剂FR适应性良好,可应用于不同品牌的水泥中,对水泥浆流变性、水泥石抗压强度等无不良影响。采用化学分析、扫描电镜等手段研究了降失水剂FR的黏弹性吸附层理论的作用机理:高分子通过电荷作用吸附到带正电的水泥颗粒上,形成一层可压缩的黏弹性吸附层,在失水的压差作用下,吸附层被挤压并填充到水泥颗粒间的空隙中,从而有效、牢固地堵塞了失水通道、降低了滤饼渗透率。该理论能合理解释吸附增黏类降失水剂的作用机理。     

新型抗盐水泥浆体系的研究及应用

针对盐层固井时常规外加剂性能失效、配制的水泥浆性能变差的问题，开发了一种新型的抗盐水泥浆体系。该体系以抗盐降失水剂BXF-200L为主体，并有配套的缓凝剂、促凝剂及分散剂。BXF-200L是通过合理的分子设计得到的多元共聚物型抗盐耐温降失水剂。对常规密度、高密度（最高达到2.6 g/cm³）抗盐水泥浆的失水、稠化、流变、强度等性能进行了室内评价，还在中国、伊朗、哈萨克斯坦等国油田进行了大量的固井施工。室内研究和现场试验证明：该抗盐水泥浆体系具有失水量低、流变性能好、稠化时间易调、抗压强度高等特点，综合性能能够满足盐层固井施工的技术要求。     

AMPS/DMAM/AA共聚物固井降滤失剂的研究

为解决固井降滤失剂普遍存在的抗温能力差、与其他外加剂配伍性欠佳以及综合性能差等问题,选用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)和丙烯酸(AA)为共聚单体,采用水溶液聚合法制得共聚物AMPS/DMAM/AA.对共聚物AMPS/DMAM/AA的微观结构进行了分析,并对其性能进行了评价,结果表明:各单体都参与了聚合,共聚物分解温度为380 ℃;淡水基浆中该共聚物加量超过3 %时,在温度不高于120 ℃时,可将滤失量控制在100 mL以内,且水泥浆初始稠度低,过渡时间短,稠化曲线线形良好,抗压强度适中,没有过度缓凝现象;饱和NaCl盐水基浆中该共聚物加量超过4 %时,可将滤失量控制在80 mL以内.这表明AMPS/DMAM/AA共聚物降滤失剂的抗温、抗盐能力强,与其他外加剂、尤其是高温缓凝剂配伍性好,以该共聚物为降滤失剂的水泥浆具有很好的综合性能.      

高密度防气窜水泥浆

针对南海莺琼盆地地质条件复杂，钻探井深在5000 m以上，井下温度高，地层压力大，压力层系多，易发生气窜等问题。以丁苯胶乳、发气剂作为防气窜外加剂，以1200目铁矿粉作为加重剂，以硅粉控制水泥石强度衰退，研究出了一种新型抗高温防气窜高密度水泥浆体系。结果表明：所研制的水泥浆密度可达2.35 g/cm³、抗温可达180 ℃（BHCT）、失水量可降至70 mL/30 min左右，早期抗压强度高达14 MPa以上，易于保证封固质量；水泥浆的流变性好,稠化时间可调，且稠化时间受温度波动、水质变化以及前置液污染的影响在可控范围内。因此，该水泥浆能够满足现场施工要求；水泥浆的自由水小于0.5%，养护后水泥石没有发生体积收缩且上下密度差较小，具有良好的浆体稳定性和凝结固化稳定性；水泥浆凝固过程，稠化过渡时间短（t_{100 Bc}-t_{30 Bc}＜15 min)，稠度阻力系数值小于0.110，气窜阻力达2.28 MPa，能有效防止气窜。