一种抗盐抗高温非离子型防窜丁苯胶乳

非离子丁苯胶乳原浆直接应用于油井水泥浆体系中时,水泥浆体系的稳定性差,适用温度低,不具有抗盐的性能,难以满足高温深井、复杂结构井固井的需求。通过在非离子丁苯胶乳原浆中加入3%非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚(10)FB-1、1%烷基酚聚氧乙烯醚(40)FB-2,制备出一种油井水泥防窜胶乳BZT-L2。对BZT-L2胶乳的抗温、抗盐以及防窜性能评价。结果表明,在30~170℃下,加入8%BZT-L2胶乳的水泥浆的API失水量控制在50 m L以内;稠化曲线呈直角,SPN值小于3,静胶凝强度过渡时间仅为11 min,抗盐达半饱和,胶乳的加入不但可以减少水泥浆失水量,而且可以增强水泥浆的防窜性能。此外,BZT-L2胶乳与其它水泥浆外加剂的相容性好,由其配制的水泥浆体稳定,综合性能好,自由水和密度差均接近零,流变性和流动度良好,抗压强度较高。BZT-L2胶乳水泥浆可以应用于复杂结构井、小井眼井以及水平井固井。     

耐高温丁苯胶乳BZT-L1 的制备与性能评价

为了解决阴离子丁苯胶乳原浆直接用于油井水泥浆存在的性能不稳定问题,在优选胶乳稳定剂的基础上,由70%丁苯胶乳原浆、2%非离子表面活性剂FB-1、1%非离子表面活性剂FB-2、0.4%阴离子表面活性剂YB-1、0.25%阴离子表面活性剂YB-2 和适量防腐剂与去离子水制备了耐高温丁苯胶乳BZT-L1,研究了采用BZT-L1 配 制的胶乳水泥浆机械稳定性、抗盐和抗温性能。研究结果表明,在温度50～150℃、压力25～75 MPa 下,加有6% BZT-L1 的胶乳水泥浆体系的稳定性良好,水泥浆的稠化曲线为直角稠化。此外,胶乳水泥浆具有良好的抗盐性,使用半饱和盐水配制的水泥浆,其稠化曲线平稳,基本可以实现直角稠化。在常规密度水泥浆中加入BZT-L1胶乳,不但可以减少水泥浆体系的失水（低于50 mL）,而且胶乳水泥浆表现出良好的综合性能:具有良好的流动性,流动度均大于20 cm,自由水、密度差均几乎为零,水泥石养护24 h后的抗压强度均大于14 MPa。图5表5参12     

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。     

胶乳水泥浆 GWT-100L 的研发与性能评价

为解决固井过程中地层的层间窜槽及气窜现象,研发了一种具有优异防气窜性能的胶乳GWT-100L。产品由对羧基丁苯乳液组成,非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂作为稳定剂,以丙烯酰胺-丙烯酸-α-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物、硅氧共聚物及聚羧酸聚合物为助剂,分别用质量分数为20%的Ca²⁺溶液、高速搅拌器和高温高压稠化仪对胶乳的化学稳定性、机械稳定性及温度稳定性进行测试,最终确定了胶乳中各物质的配比,并对GWT-100L胶乳水泥浆体系的性能进行评价。结果表明,胶乳GWT-100L配合使用适量的外加剂,可显著降低水泥浆的失水量,提高水泥浆的流变性能,控制水泥浆的稠化时间,具有防气窜和韧性性能,水泥浆综合性能满足固井要求。     

胶乳水泥浆防窜性能研究与应用

1958年美国率先将胶乳作为外掺料加入水泥,形成胶乳水泥,并将其用于油田固井。近几年,国内各油田、科研院所、高等院校对胶乳水泥浆的研究取得了较大的进展。新疆油田已多次采用进口胶乳配制胶乳水泥,解决南缘及玛纳斯气田固井的防气窜问题。本文介绍了国产胶乳水泥浆的调配及配套外加剂的研制情况,分析评价了胶乳水泥浆的防气窜性能,以及胶乳水泥在新疆玛纳斯气田2口天然气井固井的现场试验情况。     

复合乳化剂作用下抗温耐盐丁苯胶乳的制备及性能评价

针对丁苯胶乳用于固井增韧剂存在耐温性、抗盐性差,且在使用过程中需要搭配胶乳调节剂的缺点,以对苯乙烯磺酸钠、衣康酸为功能单体,OP-10、SDS复合乳化体系,改性丁苯胶乳合成了SCMBR胶乳,研究了不同乳化剂复配比例对该胶乳性质的影响。通过粒径、Zeta电位、透射电子显微镜综合表征了该胶乳的微观结构,评价了其耐热性、抗盐性。结果表明,由于磺酸基团和羧基的引入,SCMBR胶乳的耐热性能良好,热分解温度达400℃以上,且抗盐性能优异,TEM图像显示,SCMBR胶乳分散均匀,无团聚体。将SCMBR胶乳引入水泥,可明显改善水泥的稳定性,将游离液含量降低至1%以下,水泥浆上下层密度差缩小至0,对水泥流变性能抗折强度提升效果明显,效果最优的SCMBR-4:1改性水泥石28 d的抗折强度相较于纯水泥提高了20.5%,在深层、超深层固井中应用前景广阔。     

胶乳水泥浆的防气窜性能评价及应用

介绍了一种新型水泥浆防气窜评价方法,并采用该方法分别对胶乳水泥浆与未加胶乳水泥浆进行了防气窜性能评价,对水泥浆进行了失水量、静胶凝强度及气窜评价实验,结果表明,胶乳水泥浆具有良好的防气窜性能.将胶乳水泥浆在四川龙岗62井进行了现场应用,固井效果良好,未发生气窜,与室内气窜性能评价实验结果一致.     

胶乳水泥浆体系研究及应用

采用国产胶乳和配套的外加剂，通过试验研究了胶乳水泥浆的稳定性能、失水性能和流变性能、防窜性能以及水泥石性能。结果表明：胶乳辅以合适的稳定剂，可以作为水泥浆的外加剂，配制出具有防气窜和韧性性能的胶乳水泥浆；配合使用适量的外加剂，可显著降低胶乳水泥浆的失水量，提高水泥浆的流变性能，控制水泥浆的稠化时间，使胶乳水泥浆综合性能满足固井要求。对胶乳的作用机理进行了论述。还介绍了胶乳水泥浆在沙30—7井的应用。     

顺南井区高温高压防气窜尾管固井技术

顺南井区井温超高,地层压力系统复杂,气层异常活跃,防气窜固井难度大,导致固井质量不合格。为解决气体窜通和水泥石高温强度衰退的难题,开展高温高压防气窜固井优化研究。通过优化外加剂,得到了新型胶乳液硅防气窜水泥浆体系。研究结果表明,用粒径为0.18、0.125或0.09 mm的硅砂复配,能够克服178℃下水泥石高温强度衰退的难题;胶乳水泥浆体系加入液硅后,防气窜能力增大;加入纤维可以使水泥石弹性模量降低48%,抗冲击性好;水泥浆呈直角稠化,具有较好的防气窜能力。优化前置液结构,使用加重隔离液技术实现低速紊流顶替。为防止水泥浆失重导致气层不稳,替浆后反循环洗井并尽快进行环空憋压,实现以快治窜。同时,配套抗高温气密封固井工具与附件,以保证防气窜固井质量。顺南井区φ177.8 mm尾管防气窜固井质量得到良好改善,为该工区高温高压防气窜固井提供重要的技术支撑。      

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。      

耐高温抗盐固井降失水剂的制备及性能研究

针对目前聚合物降失水剂耐高温性能不佳、抗盐能力差以及低温增黏、高温稀释严重的问题,通过在分子结构上引入特殊阳离子功能单体,采用自由基水溶液聚合方法,制备了一种抗温可达210℃的两性离子型耐高温抗盐降失水剂DRF-4L。采用红外光谱、热失重分析以及环境扫描电镜对聚合物分子结构和耐温性进行了表征,并对其应用性能进行了评价。结果表明,DRF-4L适用温度范围广（30~210℃）,降失水性能优异;210℃（BHCT）时,掺4% DRF-4L的水泥浆API失水量为42 mL;抗盐能力强,可使饱和盐水水泥浆API失水量控制在50 mL以内;此外,DRF-4L低温不增稠、高温弱分散,对改善水泥浆初始流变性能和提高水泥浆高温稳定性具有明显优势;含DRF-4L的水泥石早期强度发展快,90℃下12 h抗压强度高于14 MPa,且后期强度发展正常。同时,以DRF-4L为主剂的低密度、常规密度、高密度水泥浆以及胶乳水泥浆体系等综合性能良好,能够满足高温深井超深井的固井技术需求。      

大庆油田低密度低温防窜水泥浆体系

针对大庆油田低温浅层气井长封段固井中,低密度水泥浆终凝时间长,胶凝强度发展缓慢,失水大,防窜性能差,易产生环空气窜及管外冒气等现象,影响了固井质量。研究了低密度低温防窜水泥浆体系,采用复合型早强剂、聚丙烯酸酯聚合物胶乳降失水剂、可分散聚合物胶粉防窜剂,改善低密度水泥浆综合性能,在低温条件下,凝结时间缩短了50%,早期强度提高了46%,渗透率降低了50%,界面胶结强度提高了47%。现场应用18口井,固井优质率提高了11.1%,管外冒发生率降低了1.6%,低密度低温防窜水泥浆体系能够满足固井施工作业要求,提高了低温浅层长封井固井质量。      

SN井区抗高温液硅-胶乳防气窜水泥浆

SN井区井底静止温度高,气层非常活跃,压稳与防漏难度大,单纯胶乳防气窜水泥浆体系应用效果不理想。液硅乳液作为纳米级防气窜剂,活性SiO₂颗粒可参与水泥水化反应,具有增强水泥石强度、降低水泥石弹性模量和渗透率作用。在优化硅粉加量和粗细硅粉复配的基础上,研制出抗高温液硅-胶乳防气窜水泥浆,其具有API失水量小于50 mL、直角稠化、SPN值小于1、防气窜效果好、沉降稳定性好等特点;SEM和XRD分析显示,水泥石致密性好,水化产物中无Ca（OH）₂,而具有较多的雪钙硅石和硬钙硅石,高温下水泥石表现出良好的强度稳定性。液硅-胶乳防气窜水泥浆在SN井区进行了入井应用,实现了对高压气层的有效封固,取得了良好的效果。      

超高温固井水泥浆降失水剂的合成与性能

为实现超深井与复杂井超高温固井水泥浆体系的构建目标,突破常规固井水泥浆降失水剂的超高温控失水瓶颈,研制开发了超高温水泥浆降失水剂F-SHT,并对其进行了结构表征与性能评价。结果表明,F-SHT的数均分子量为21 475 Da,表观黏度低,不影响水泥浆的配制;在温度达到294 ℃时开始发生明显热失重,表明其分子链热稳定性良好;有效控失水温度可达240 ℃且可抗饱和盐水,采用水泥浆静态失水量评价方法,测得240 ℃/6.9 MPa下饱和盐水水泥浆API失水量为38 mL。测试了F-SHT在水泥浆体系中的综合性能,停开机、稳定性与API失水评价结果均合格。F-SHT在河探1井Φ177.8 mm尾管固井中成功应用,结果表明F-SHT现场适应性良好,固井质量良好,同时为超深层油气资源的勘探开发提供了有力支撑。      

威远页岩气水平井高密度防窜水泥浆固井技术

威远地区页岩气井固井存在地层压力高、水泥封固段长、顶底温差大、后期需要进行高能射孔完井和多级压裂作业等特点,这些都对水泥浆性能提出了较高的要求。针对这些问题,采用降失水剂DRF-120L、高温缓凝剂DRH-200L、高温稳定剂DRK-3S、胶乳防窜剂DRT-100L和精铁粉研究出了密度范围为2.20~2.40 g/cm3的高密度防窜水泥浆体系。研究结果表明,该水泥浆体系具有稳定性好(上下密度差为0)、流动性好、无游离液、失水量低(小于50 mL)、弹性模量低(小于7 GPa)、抗压强度适中和防窜能力强(过渡时间均小于10 min,SPN值均为1.47~1.80)等特点,其各项性能指标达到了川南地区页岩气井的固井要求。截至2015年3月底,该体系已在威远地区应用了13口井,截至2015年6月底,在已进行电测的6口井中,4口井优质,2口井合格,固井质量均较好。      

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。      

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。      

马深1井超深小井眼固井技术研究与实践

马深1井完钻井深为8 418 m,完井下入φ146.1 mm尾管封固气层。井下高温高压、环空间隙小、顶替效率低、安全窗口狭窄、U型管效应严重等问题突出。针对以上难点,运用动态承压实验能更准确地模拟固井井筒压力变化,防止井漏;入井流体呈现密度级差及流变级差,利于提高顶替效率;三级冲洗前置液体系抗污染能力强,冲洗效果好;通过优选抗高温水泥添加剂研发了抗高温胶乳防气窜水泥浆体系,其在高温下稳定性好,防气窜能力强,水泥石具有良好的抗压强度及弹韧性;变排量施工及有效层流驱替技术减弱了U型管效应,能够防漏并保证顶替效率。该体系缓凝剂BS200-G、BS200R加量为0.7%和3%,稠化时间易调且不易受密度、温度影响;胶乳JR加量优选为12%,领浆、尾浆呈直角稠化,SPN值为0.9、0.5,静胶凝强度过渡时间为28、22 min,同时浆体还具有较高的流动度和较好的流变性。加入50%石英砂后减弱了高温对水泥石强度的影响,且后期发展呈现良好的趋势。添加1%塑性剂BS600的水泥石弹性模量与常规水泥石相比下降53.13%,塑性明显增强。实验说明,该体系耐高温性强、流变性好、防窜能力强、水泥石力学性能优良。通过应用抗高温胶乳防气窜水泥浆体系并配套以上技术措施,该井施工顺利,固井质量优质。      

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。     

耐高温高压超高密度水泥浆体系的室内研究

天湾1井是位于准噶尔盆地中部的一口超深预探井,井深为7500 m,井底压力为170 MPa,井底温度为160℃,针对该井高温高压的问题,以及目前超高密度水泥浆存在的流动性和沉降稳定性差、动态失水量较大、以及大温差下顶部水泥石强度出现过缓凝等问题,室内成功研制出耐高温高压超高密度水泥浆体系,水泥浆密度可达2.55 g/cm3,该体系主要由新型加重剂、微硅、高温稳定剂、600目硅石粉（粒径为0.025 mm）、新型微锰矿粉、悬浮剂、高温缓凝剂、高温降失水剂、高温减阻剂等组成。实验结果表明,该体系水泥浆流动度达到32 cm,同时具有较好的沉降稳定性能,顶部水泥石强度较高,防气窜能力强,在160℃、170 MPa下,稠化时间线性可调,动态失水量为40 mL,该水泥浆体系应用范围广泛,可通过调整外加剂掺量来满足天湾1井不同井深温度下的固井施工要求。