影响微细水泥凝结时间的因素

微细水泥可用作９０℃以上高温地层的堵剂。水泥浆凝结时间直接影响堵剂注入能力。本文报道水灰比（０．６－３．０）温度（８０－１２０℃）及缓凝剂，ＮＰ－３加量对平均粒径５μｍ的微细水泥浆凝结时间的影响的实验研究结果，凝结时间，温度关系服从Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ方程。     

缓凝剂种类对油井水泥凝结时间的影响

阐述了缓凝剂的缓凝作用机理,缓凝剂的作用机理目前有４种理论：（１）吸附理论,（２）络合理论,（３）沉淀理论,（４）成核理论。研究了各种缓凝剂在不同温度、不同掺量下对油井水泥凝结时间的影响,结果表明：掺量相同时,随温度升高缓凝作用降低;对某些缓凝剂,温度升高只要提高加量仍能达到预期的效果;对某些缓凝剂温度升高时增加加量反而会引起快凝。     

一种中高温四元共聚物缓凝剂的合成及性能

针对缓凝剂在中高温过渡范围内水泥浆中性能不佳的问题,以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）和N,N-二甲基丙烯酰胺（NNDAM）为原料,过硫酸铵为引发剂,采用水溶液聚合法合成了一种四元共聚物缓凝剂。利用红外光谱分析表征了聚合物结构,证明样品中无单体存在,单体充分进行了共聚反应。性能研究结果表明,在80～120℃范围内,合成缓凝剂对油井水泥具有很好的缓凝性能,且对温度不敏感,在同一温度下,随着缓凝剂用量的增加,稠化时间也随之增加,缓凝剂的加量与稠化时间具有很好的线性关系,在100℃下,加量为0.8%、1.0%和1.5%时的稠化时间分别为161、197和227 min;加量相同时,随着温度的升高,缓凝时间有所变短,未出现“倒挂”现象,加量为1.5%时,在80、100和120℃的稠化时间分别为248、227和208 min;该缓凝剂在80～120℃范围内对水泥石抗压强度影响小,抗盐达到18%,与其他水泥浆外加剂配伍性好。对缓凝剂机理也进行了分析。      

新型油井水泥高温缓凝剂CMPAI的研究

用自由基水溶液聚合法,合成了2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）和衣康酸（IA）的二元共聚物缓凝剂（PAI）,并用红外光谱表征了其结构。通过正交实验,得到共聚反应的最佳条件为：n（AMPS）：n（IA）=75：25,引发剂用量1%,反应温度55℃,反应时间4h。用柠檬酸（CA）复配改性了共聚物,130℃下的稠化试验发现,缓凝剂加量均为1%的水泥浆,加入经复配改性后的缓凝剂（CMPAI）后,稠化时间长达277min,而直接加入共聚物缓凝剂的稠化时间仅有148min。分析探讨了复配缓凝剂的作用机理。经性能测试发现,复配缓凝剂（CMPAI）还有增强水泥浆流动度的作用。     

油井水泥缓凝剂AID的合成与性能评价

针对目前常用的二元共聚物类水泥缓凝剂耐温性能差,及以丙烯酰胺(AM)为原料之一的三元共聚物类缓凝剂中AM易高温分解的问题,用N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)取代AM,选取2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、衣康酸(IA)和DMAM等3种单体,根据自由基水溶液聚合原理,合成了三元聚合物类缓凝剂AID。通过凝胶色谱分析、红外光谱测定和热失重试验,分析了AID的结构和耐温性能,评价了其缓凝性能与对水泥石抗压强度的影响。试验结果显示:AID耐温可达355 ℃,热稳定性好;单体AMPS、IA和DMAM的质量比为10:4:1,反应温度为60 ℃,引发剂K2S2O8的加量为2.0%及反应时间为5 h的条件下,合成的缓凝剂性能较好;加入0.5%AID的水泥浆其稠化时间比未加AID的水泥浆长2倍之多;相同AID加量下,90~150 ℃温度范围内水泥浆的稠化时间均在300 min以上,水泥石强度发展均在14 MPa以上。研究表明,缓凝剂AID能显著延长水泥浆稠化时间,温度适应性强,对水泥石抗压强度的影响不明显,具有一定的应用前景。      

新型油井水泥低滤失高温缓凝剂的室内研究

为了满足高温高压深井及超深井固井对油井水泥缓凝剂抗高温性能的要求，利用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）和有机羧酸（TA）合成了油井水泥高温缓凝剂SA。通过正交实验分析可知，单体配比、反应温度是影响SA缓凝效果的主要因素；合成SA的最佳条件：单体配比AMPS：TA为19：2，引发剂浓度为0．5％，反应温度为55℃，反应时间为13h，pH值在6～7之间。通过对掺有缓凝剂SA的水泥浆进行性能评价，可知SA的高温缓凝效果明显，此外，SA还可以改善水泥浆的流动性，并具有优良的降滤失效果。通过对缓凝剂SA进行红外光谱分析，表明SA属于AMPS—TA二元共聚物。通过测定SA的玻璃化转变温度，证明SA二元共聚物的热稳定性良好。     

高含水油井堵水用复合颗粒堵剂

YH98－07是针对东濮凹陷各油藏复杂的地层条件，为高含水油井堵水研制的水硬性可凝固颗粒堵剂。以浆液90℃凝结时间和凝结体强度（以针入度值表示）为指标，确定了3种组分用量的可调节范围：2％－8％氧化钙（50－100目），8％－30％油井水泥（D级），5％－25％增强剂（200目），其他组分的用量为：3％膨润土（粒径5μm），0．2％缓凝剂，其余为水。适当配方堵剂浆液随温度的升高（70－120℃），凝结时间逐渐缩短（5－1h），针入度逐渐减小（22－14）；随浆液pH含量增加（0％－35％），这两项测定值变化很小；在90℃放置6个月后针入度值保留率大于90％；在不同渗透率（33－136μm^2)人造岩心上（直径2．5cm，长约6cm），在90℃凝结后堵水率大于90％，突破压力不小于0．5MPa。在中原胡状、马寨、文留等油田用YH98－07实施油井堵水15井次，工艺成功率100％，有效率93％，平均有效期183天。简介了选井原则、施工工艺及一口井堵水施工效果。     

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。     

油气井水泥用含膦聚合物缓凝剂OPR-1的合成及性能

依据自由基水溶液聚合原理,以2–丙烯酰胺基–2甲基丙磺酸钠(AMPS)、苯乙烯磺酸钠(SSS)和3-二甲胺基烯丙基膦酸(DMAAPA)三种单体合成了含膦聚合物缓凝剂OPR-1。经正交试验考察了OPR-1 对水泥浆缓凝性能及早其抗压强度的影响,进而得出最佳合成条件:单体的质量比m_AMPS∶m_SSS∶m_DMAAPA为4∶3∶3,引发剂加量0.3%,反应温度50 ℃,pH值6~7,反应时间4 h。经红外光谱测试聚合物OPR-1即为分子结构设计目标产物。在不同的温度压力下分别测试了不同加量OPR-1缓凝剂的水泥浆稠化时间,结果表明OPR-1缓凝剂具有较高的抗温性能,在160 ℃、101 MPa条件下,水泥浆的稠化时间均可延长至334 min。测试了不同加量OPR-1缓凝剂的水泥浆水泥石的早期抗压强度,未出现超缓凝现象。通过扫描电子显微镜表征结合现有的水泥浆缓凝理论,讨论了OPR-1缓凝机理,认为缓凝现象的发生,是由于OPR-1与水泥中的 Ca2+、Al3+等形成在高温下不易破坏的强螯合结构,形成复杂的“晶核毒化”作用,阻碍了晶核的生长发育。     

新型两性离子固井缓凝剂合成与性能评价

针对目前常用的缓凝剂在长封固段固井中存在高温失效,顶部水泥石强度发展缓慢,温度、加量敏感等问题,以丙烯酸（AA）、衣康酸（IA）、2丙烯酰胺-2甲基丙磺酸（AMPS）和一种新型阳离子单体（X）为原料,合成一种高温缓凝剂CXT-1。得到最佳合成条件:单体物质的量比为37∶8∶8∶6,反应温度为60℃,溶液pH值为4,反应时间为4 h,引发剂加量为0.3%。通过红外光谱、核磁共振和热失重分析对其进行表征,同时评价了添加缓凝剂CXT-1水泥浆体系的综合性能。实验结果表明,CXT-1中含有4种单体的特征官能团,330℃之前未出现明显质量损失,热稳定性高。缓凝剂CXT-1在90～180℃下可延长水泥浆稠化时间,180℃下稠化时间可达368 min,加量敏感系数最小为0.48,最大为1.73,温度敏感性系数最大为6.2%,均低于行业标准要求。60～100℃下24 h顶部水泥石强度最低可达10.6 MPa,满足现场施工要求。电导率、XRD、SEM分析表明,缓凝剂的作用机理为多点吸附控制水化作用、抑制Ca（OH）2晶体生长以及络合作用共同作用的结果。      

防砂用高渗透水泥浆体系的研究

对防砂用水泥浆进行了研究,得出最佳实验配方：ZSJ-10加量为7.5%,水灰比为0.6,石英砂为水泥质量15%,促凝剂0.5%,降失水剂3.1%,试验温度为50℃,候凝时间72h。在此配方下形成的水泥石其抗压强度达到6MPa～8MPa,经一定处理后渗透率达到0.6μm2～0.8μm2。在模拟地层环境下耐碱、油、盐水的侵蚀能力较强。由扫描电镜照片可以看出,该水泥浆体系所形成的水泥石具有良好的渗透率和防砂能力。     

酿酒废料的应用研究——油井水泥缓凝剂的室内研究

对南充地区曲酒厂酿酒废料进行了化学分析 ,发现酒糟本身具有一定的缓凝效果 ;在 70℃时 ,以淀粉∶H2 SO4∶ HNO3(质量比 ) =1∶ 2∶ 1 .4的比例对酒糟进行水解、氧化、提纯等化学改性 ,得到产品 PN 1 ,它具有良好的缓凝效果 ,对 G级水泥 ,在 85℃、加量 0 .1 3%时凝结时间大于 8h,稠化时间可达 2 88min。加量范围为 0 .0 8%～ 0 .1 7%。而且 PN 1水泥浆的流变性比净浆好 ,趋近于牛顿流体     

水泥抗压强度与养护条件及声阻抗间关系的实验研究

按国家标准浇铸油井水泥试块,在不同养护条件下测定其声阻抗及抗压强度。实验表明水泥试块的抗压强度主要取决于水/灰比及养护时间,而与养护温度及压力关系不大。给出了适用于我国固井条件的水泥抗压强度与声阻抗关系的经验公式。     

水泥石力学变形能力的影响因素实验分析

针对从实验角度计算水泥石在一定井下条件的变形能力研究相对较少的问题,结合弹性耦合力学模型,利用实验结果计算并分析了在一定工况下,水泥浆配方、实验温度、围压、养护时间、水泥环厚度5个方面对水泥石变形能力的影响。结果表明,加入弹韧性材料能够降低水泥环的弹性模量,且加入胶乳后的水泥环力学变形能力较纤维水泥环明显要好;随着养护温度的升高,水泥石的弹性模量减小,从而增加了水泥环的总变形能力;随着围压的增大,水泥环变形能力有减弱趋势;随着水泥环在井下的时间增长,在一定程度上提高了水泥环的力学变形能力;虽然水泥环厚度对水泥石自身性能无影响,但水泥环厚度从38.1 mm减小到19.1 mm,水泥环在井下条件的变形可增大85.5%。     

固井水泥在不同充填状况下的测井响应分析

研究了声幅变密度测井仪(CBL-VDL)、声波测井仪(MAK-Ⅱ)、伽马密度厚度测井仪(SGDT)等3种测井仪器对常规密度水泥和低密度水泥在固井水泥不同充填状况下(从未充填到完全充填)的测井响应,重点分析了第Ⅰ界面水泥胶结质量评价参数、水泥充填指数与水泥充填状况的关系.给出了修正的不同水泥密度、不同充填状况下这3种测井仪器固井质量的评价标准.CBL-VDL仪器测井第Ⅰ界面定量评价方法中,胶结比法受固井水泥影响小,推荐作为精细解释的主要方法;声幅相对值法、声波衰减率法可作为现场快速解释方法使用.MAK Ⅱ仪器对第Ⅰ界面定量评价利用声波衰减率αk方法,因不同密度水泥的影响因素需采用不同的评价标准.SGDT定量评价标准用计算水泥充填率的定量计算公式描述单层套管井固井质量的水泥充填状况的方法受固井水泥影响因素小,提高了定性解释的可操作性.这些标准可用于实际的固井质量评价的测井资料解释中.     

热采侧钻井塑性水泥浆研究与应用

辽河油田稠油热采侧钻井由于其自身的特殊性,如环空间隙小、水泥环薄等,固井质量一直不是很理想,进而导致油井生产寿命短.优选出一种塑性材料,在基浆中加入3%～5%该塑性材料可以将水泥石的变形能力提高8%以上,同时该塑性材料能产生适度弹性膨胀,提高水泥石与套管、地层的封隔性能,可保证水泥环的长期封隔效果.优选出了与该塑性水泥浆配伍的降失水剂、促凝剂、缓凝剂和分散剂,形成了适合不同井温条件的塑性水泥浆配方,该塑性水泥浆的流动性好,失水量可控制在50 mL以下,稠化时间在2～3 h之间可调.该塑性水泥浆在大量热采侧钻井中的现场应用,取得了十分理想的效果.     

油井水泥高温缓凝剂DZH-2室内评价与应用

高温缓凝剂DZH-2是一种高效油井水泥缓凝剂,通过加入水泥浆中调整其稠化时间,水泥浆综合性能良好,水泥浆配方和性能易于调节,保证了固井施工安全,减少了水泥浆对油气层的污染,有效改善了水泥石胶结质量,提高了固井质量。该缓凝剂克服了国内目前缓凝剂存在的技术问题和不足之处,适用温度范围宽,在浅井、中深井和深井中均可应用;适用于各种级别的油井水泥,可与多种外加剂配伍;可在多种水质中应用,可用于多类固井作业等,在海上、西北、西南、东北等多个油田和地区应用,取得了良好的固井效果,具有广阔推广应用前景。     

衣康酸/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸二元共聚物油井水泥缓凝剂制备及性能

采用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)与衣康酸(IA)进行二元共聚反应合成了一种油井水泥缓凝剂。用正交实验法确定了最佳合成方案:反应温度80℃,w(引发剂)=1.5%,单体配比m(IA):m (AMPS)=1:2.7,反应时间1 h。采用IR研究了共聚物的结构并探讨了缓凝剂作用机理。结果表明:合成的共聚物对水泥浆有优异的高温缓凝作用,能显著延长水泥浆的稠化时间,具有良好的分散作用和抗钙性能。