新型聚羧酸减阻剂的研究与应用

针对伊拉克地区夏季环境温度高导致现场配制的水泥浆触变性强,可泵性差,现有减阻剂难以使水泥浆保持良好分散能力,严重影响固井施工安全的问题。以聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和芳香磺酸类单体等为原料,合成了一种新型聚羧酸油井水泥减阻剂BH-D301L。采用正交实验得到了最佳合成原料物质的量比为1∶4∶1∶1,反应温度为80℃,反应时间为2 h,引发剂加量为0.4%。通过红外光谱分析和渗透凝胶色谱表征证明了合成产物为共聚物,参考API RP 10B标准评价了加入减阻剂的不同水泥浆体系的综合性能。实验结果表明,加量分别为0.5%和1.0%的减阻剂对常规密度的自来水和饱和盐水配浆水泥浆体系的流变性能有明显改善,体系抗压强度和稠化时间符合行业标准要求。在模拟环境温度45～65℃下,加有1.0%减阻剂的高密度含盐水泥浆的流性指数大于0.7,稠度系数小于0.58Pa · sn,体系触变性增强现象减弱,静切力差小于3 Pa,24 h抗压强度超过14 MPa,水泥浆体系稠化、沉降稳定性均能满足固井施工要求,并在现场得到了很好的应用。     

新型触变性水泥浆触变剂的研制

对改善水泥浆触变性机理进行调研分析的基础上,建立了一种新型水泥浆触变剂体系。考察了矿化度与高pH值对该新型触变剂体系成胶性能的影响,对水泥浆添加剂对新型触变剂体系性能影响进行实验,并结合正交实验方法得到了触变剂体系的配方。利用滞后环法以及固井水泥浆API标准对强触变性水泥浆的触变性和常规性能进行了评价实验,认为水泥浆降失水剂对触变剂体系的成胶性能影响不大,水泥浆分散剂抑制触变剂体系成胶,但可以通过调整新型触变剂体系引发剂的加量改善触变剂体系的成胶性能;触变剂体系加入水泥浆中,水泥浆具有较强的触变性能,流动性较好,稠化时间比常规水泥浆延长,75℃、30min失水量为81ml,24h抗压强度为119．4MPa,均满足固井质量要求。
     

青海共和盆地干热岩GR1井超高温固井水泥浆技术

固井是保证干热岩全生命周期井筒质量的关键环节。通过研究共和盆地干热岩地质特征和赋存条件,提出了干热岩固井的主要技术难点。针对干热岩高温固井问题,研制出了高温缓凝剂BCR-320L,优选抗高温降滤失剂BXF-200L（AF）,探索了不同硅粉加量下水泥石强度的衰退机理,形成了干热岩超高温水泥浆体系。实验结果表明,该水泥浆可以满足循环温度为200℃的固井要求,水泥浆稠化时间可调,具有良好的流变性能,在200℃下强度不衰退,72 h抗压强度可达44.1MPa。该水泥浆在青海共和干热岩GR1井中成功应用,现场固井施工顺利,裸眼段固井质量优质,为后续干热岩固井的施工提供了一定的借鉴。     

柴达木盆地狮70井溢漏同层尾管固井实践

针对狮70井三开钻遇高压盐水层和漏失层,钻井液不能压稳高压水层,同时井底存在内循环,环空压力系统紊乱,固井期间易发生漏失,高压盐水层不易封固,固井质量难以保证的难题,通过水泥浆性能实验及固井工艺研究,设计了抗高温高密度堵漏水泥浆体系,该体系密度1.88~2.40 g/cm3,沉降稳定性小于0.03 g/cm3,SPN值小于3,稠化时间可调,24 h抗压强度大于18 MPa。现场采用正注反挤固井施工工艺,根据施工参数预测出施工需要的水泥浆稠化时间,通过缩短尾浆稠化时间,并在替浆后期降低施工排量的方法,使水泥浆在小排量顶替过程中逐渐稠化凝固,从而达到快速封固高压水层的目的,再通过反挤施工封固漏层以上井段,顺利完成了该井?273.05 mm尾管固井施工,套管鞋及漏层处固井质量优质,盐水层处固井质量合格,为该区块尾管固井积累了成功经验。     

稠油热采井固井用铝酸盐水泥浆体系的研究及应用

稠油热采井对固井水泥浆的要求是在低温下能快速凝结,在高温生产中具有长期耐高温性能。铝酸盐水泥具有快硬、高强、耐高温等特点,因此考虑将铝酸盐水泥在热采井固井中应用。通过进行以铝酸盐水泥为主要材料的矿物熟料优选复配,配制出了与铝酸盐水泥相配套的降失水剂 J73S 和缓凝剂 SR,设计出了一套适用密度范围为
1.70～1.90 g/cm3, 温度区间为30～80 ℃的新型铝酸盐水泥浆体系。实验结果表明: 该水泥浆体系具有优良的工程性能,水泥浆密度差小于0.02 g/cm3,失水量小于 50 mL,稠化时间在60～300 min 范围内可调,24 h抗压强度可达14 MPa,且经过2轮高温之后水泥石抗压强度仍能达到25 MPa。 在齐40-18-38C2稠油热采井的侧钻尾管固井中进行了现场应用,施工过程顺利,固井质量优质率为 79%,合格率达95%,说明该体系可满足稠油热采井固井施工的要求。      

一种新型弱酸性减阻降黏剂

合成聚合物由于抗高温、耐盐、功能多样化等特点,成为固井外加剂的主导材料,但由于其分子量大易导致体系黏稠度大,流变性难以调节,采用传统减阻剂作用较弱。针对此问题,根据微观结构设计,通过研选和合理复配,开发出了一种新型弱酸性减阻降黏剂,并对其进行了实验评价。评价结果表明,该减阻降黏剂可明显降低以合成聚合物为主剂的水泥浆体系的黏度,表观黏度降低率可达40%以上,显著改善水泥浆的流变性能,且对水泥浆稠化、强度等性能无不良影响,稠化时间之比为1.0～2.0,抗压强度之比不小于0.9,综合性能良好。      

松科2井超高温水泥浆固井技术

针对中国大陆科学钻探松科2井超高温固井难点,采用四元共聚型抗高温降失水剂和三元共聚复合膦酸盐类缓凝剂,提高了水泥浆的耐温稳定性,避免了"热稀释"现象带来的风险,通过调整这2种耐高温外加剂的加量,满足了超高温下控制水泥浆失水量和调整稠化时间的要求。同时,根据颗粒级配及紧密堆积原理,对硅砂的粒径和加量进行优化,使硅钙比接近于1,防止超高温下水泥石后期强度的衰退,另外,优选了由颗粒和纤维共同组成的弹韧性材料,提高水泥石的弹韧性。通过合理配比设计出了抗260℃超高温的水泥浆体系,浆体稳定性好,水泥浆上、下密度差不大于0.03g/cm3,稠化时间为200~420 min,失水量小于100 mL,48 h抗压强度大于20 MPa,后期强度不衰退,7 d抗压强度大于38 MPa。优化尾管悬挂固井工艺,严格控制水泥浆密度,确保不压漏地层,采用耐高温高效冲洗隔离液,提高顶替效率,保证施工安全和固井质量。该体系在井底静止温度为260℃,循环温度为210℃的松科2井四开尾管固井中应用,现场施工顺利,保证了固井质量。      

新型相变材料对低热水泥浆性能的影响

深水低温天然气水合物地层固井,需要水泥浆体系在水化过程中少发热,尽量降低水合物地层温度上升的程度。因此,针对深水天然气水合物地层固井,研究了一种用于低热水泥浆体系设计的新型相变材料,并研究了相变材料的热存储性能及其对水泥浆体系性能的影响。实验结果表明,新型相变材料相变峰值温度为15.5℃,相变温度在井下低温与常温之间,且相变潜热较大。当相变材料在77.8℃以下时,具有良好的热稳定性,且在0℃～60℃之间经历多次升降温后,相变材料化学结构没有发生变化。随着相变材料加量的增加,水泥浆的流变数据呈现增大的趋势,但加量达到8%时流变性依然满足固井施工要求。此外,新型相变材料可以改善水泥浆体系的稳定性。相变材料对低热水泥浆体系的抗压强度影响不大,加入8%相变材料的水泥石抗压强度也达到8.9 MPa,抗压强度最大下降幅度小于5%。当加入2%、4%、6%、8%相变材料后,水泥浆体系稠化时间比无相变材料水泥浆体系最大缩短约15 min,水泥浆体系72 h水化热较空白水泥浆体系分别下降5.2%、29.1%、35.6%、47.6%。研究结果为天然气水合物层低热水泥浆体系的设计提供了支持与参考。      

超高密度水泥浆体系的研究与应用

针对中原油田超高密度水泥浆固井技术难题,通过优选加重材料、解决加重材料的沉降问题以及沉降稳定性与流动性之间的矛盾,开发出一套性能稳定的超高密度水泥浆体系。该体系采用粒径为0.154 mm、0.076 mm及0.03 mm的密度为7.0 g/cm3的铁粉,按照2∶1∶3的比例复配作加重材料,液固比取0.23~0.28时,加重材料加量为180%~390%(BWOC)时均可使水泥浆密度达2.80 g/cm3;选用胶乳作悬浮剂,其不但增大了浆体的悬浮能力,而且具有一定降失水性能。该水泥浆在30℃、常压条件下的48 h抗压强度大于14 MPa;失水量控制在50 m L以内;沉降稳定性好,上下密度差最大为0.028 g/cm3;防窜系数SPN小于3,满足了现场施工需求。研究了该超高密度水泥浆的现场混配工艺。该技术在文72-421井获得了成功应用,固井质量优良率为100%,为复杂高压油气井固井提供了技术支撑。     

优质高强低密度水泥浆体系的设计与应用

低压易漏地区的油气勘探开发对固井水泥浆密度提出了更高的要求,而常用的低密度水泥浆体系在更低的密度条件下已不能满足固井施工的基本要求.通过采用颗粒级配原理,优化低密度混合物中颗粒的粒度分布,提高体系的密实程度,使低密度水泥浆体系的强度和其它性能大幅度提高.依此原理设计的漂珠微硅低密度水泥浆体系性能如下:①密度范围为1.24～1.32 g/cm3;②密度为1.24 g/cm3时,50℃、24 h抗压强度达到14MPa,75℃强度超过16 MPa密度为1.29 g/em3时,50℃、24 h强度达到14 MPa,75℃强度超过17 MPa;③具有良好的流变性,较短的稠化过渡时间;④静胶凝强度发展形态较好,从48 Pa到240 Pa的过渡时间均小于20 min;⑤API失水量小;⑥超低密度水泥体系的强度已达到常规密度水泥体系的标准,其强度以及综合指标已远远超过普通低密度水泥浆体系.现场应用20多井次,取得了良好的效果.     

抗盐高性能水泥浆体系研究与应用

伊拉克米桑油田井底普遍存在高压盐膏层,由于盐层蠕变致使井径缩小、冲蚀和溶解盐层导致水泥浆含盐量越来越高、密度窗口窄、顶替效率低等难点给固井质量带来挑战。针对目前常用的半饱和NaCl溶液或者（3%～5%） KCl溶液配浆存在的水泥石抗压强度低,界面胶结差的问题,优选含有25% NaCl和5% KCl高盐混合水配制水泥浆,配套抗盐降失水剂、分散剂、缓凝剂等外加剂,解决了因高盐混合水配浆可能带来的水泥浆增稠、触变等问题,构建了一种抗盐高性能水泥浆体系。室内研究表明,该套水泥浆体系能抑制盐的溶解,配制密度为2.39 g/cm3的水泥浆,最低只需加入30%铁矿粉,在降低水泥浆成本的同时大幅度提高了水泥石的抗压强度,使其24 h抗压强度可达48 MPa,较目前应用水平提高近一倍;水泥浆污染后24 h强度依然大于14 MPa,能够保证米桑油田盐膏层固井质量,可在伊拉克米桑油田推广应用。      

梳型聚羧酸减阻剂的室内研究

针对高压盐水层、大段盐膏层及海上作业直接采用海水配浆固井时,现有减阻剂分散能力差、分散保持性差、缓凝性强的缺点,采用自由基聚合方式开发了具有梳型结构的聚羧酸减阻剂。通过红外光谱、电镜分析和热重分析测定了减阻剂的结构和耐热性,根据行业标准测定了减阻剂加入对水泥浆流变性、稠化性能和强度的影响,并进行了对高密度水泥浆的适应性研究。热重分析结果表明,该减阻剂耐温可达233℃。扫描电镜与原子力显微镜测试表明该减阻剂呈梳型。该减阻剂对水泥浆分散能力强,对饱和盐水和海水配浆体系具有良好的分散作用,缓凝性弱,且不破坏强度,可用海水直接配浆。加入该减阻剂后密度为2.72 g/cm3的水泥浆体系失水量为24 mL,24 h强度为22 MPa,90℃稳定性及流变性好。其对饱和盐水体系良好的分散效果及对高密度水泥浆体系良好的适应性表明,梳型聚羧酸减阻剂是一种高效减阻剂。      

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。      

热解油基钻屑资源化利用(Ⅱ):掺渣水泥浆体系性能

针对油基钻屑热解吸处理后产生的残渣,尝试将其替代部分油井水泥（YJ）用于制备固井用水泥浆。首先研究了热解油基钻屑（PODC）掺量和水固比对油井水泥浆体性能的影响,同时利用等温量热仪（ICC）、X射线衍射分析仪（XRD）、压汞仪（MIP）和扫描电镜（SEM）分别测试了掺PODC水泥浆体早期水化放热量、水泥石水化产物、孔结构及微观形貌,并以降失水剂CHL、硅灰和晶体膨胀剂KW-4优化了掺PODC水泥浆体的工程性能。结果表明,随着PODC掺量增加,浆体流动度增大,密度减小,凝结时间延长,水泥石抗压强度有所下降;形成了技术套管用掺渣水泥浆体系PODC-6 :40% YJ+60% PODC+3% CHL+4%硅灰+2% KW-4,油层套管（非产层段）用掺渣水泥浆体系PODC-3 :70% YJ+30% PODC+3% CHL+3%硅灰+2% KW-4,水固比均为0.40,掺渣水泥浆体系各项工程性能均满足固井施工基本技术要求。微观分析表明,掺PODC水泥浆体的水化放热量降低,其水化产物主要为C—S—H凝胶和CH,较净浆水泥石水化产物明显减少,密实度有所降低。该研究可为热解油基钻屑资源化利用提供一种新途径,具有潜在的环保效益和经济效益。      

北极永久冻土层固井水泥浆

近年来,北极地区石油勘探开发进度明显加快,市场前景良好。针对北极永久冻土层最低温度达-9℃的超低温以及该地区作业时间宝贵的问题,要求水泥浆体系在负温环境下候凝时间短且24 h有强度发展。通过研发低温胶凝材料C-SE8和缓凝剂H10S,并复配G级油井水泥和其他添加剂,分别用淡水、海水和14% NaCl溶液配制超低温水泥浆体系。评价结果表明,密度为1.50 g/cm3的水泥浆在-10℃下的24 h抗压强度可达3.6 MPa以上,密度为1.90 g/cm3的水泥浆在-10℃下的24 h抗压强度可达6.8 MPa以上;该体系适用温度为-10℃～30℃,浆体具有良好的流变性能,且稠化时间易调整,满足北极永久冻土层固井施工要求。      

抗温敏大温差聚合物缓凝剂的合成与应用

规律的水泥浆稠化时间是保证固井作业安全进行的前提,稠化时间异常会对固井施工带来严重的影响。波特兰水泥在100~120℃范围内,水泥水化会产生变化,水泥浆的稠化时间通常规律性较差,存在稠化反转或缓凝剂失效现象,给现场固井作业带来一定的安全隐患。研究了一种新型聚合物缓凝剂CCH120,并在室内对使用CCH120的抗温敏大温差水泥浆体系和现有的水泥浆体系进行对比。研究结果表明,100~120℃中温水泥浆敏感段,CCH120聚合物水泥浆随温度升高稠化时间逐渐缩短,不存在稠化反转现象,并从机理上进行了解释。该水泥浆体系具有抗温敏性、稠化时间规律性强,失水量低、养护强度高,顶部起强度快的特点。      

一种固井用腐植酸-AMPS/DMAM/FA接枝共聚物降失水剂

采用自由基聚合法将AMPS、N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAM）、反丁烯二酸（FA）进行接枝共聚,在AMPS∶DMAM∶FA为1∶0.38∶0.08,单体总量与腐值酸钠的质量比为1∶0.2、引发温度为60℃,单体溶液的pH为7的条件下,合成了一种抗高温油井水泥降失水剂G85L,为黑色黏稠液体,固含量为20%。通过单体残留分析与红外表征证明了合成产物为接枝共聚物,并通过热重分析证明该产品抗温达265℃。参考API RP 10B-2 2013进行实验,评价了该产品在水泥浆中的各项性能,结果表明,该产品不仅在中低温有较好的控制失水能力,当加量为4%时可以将API失水量降至40 mL,而且在高温条件下也具有较强的控制失水能力,200℃下失水量可以控制在50 mL以内,并且对水泥浆的稠化时间、抗压强度无副作用,与多种水泥浆体系配伍性好,是一种普适性优良的抗高温产品。