用三种工业废料配制低密度水泥浆

利用工业废料高炉矿渣为水化材料，粉煤灰和空心漂珠为减轻材料，配制１３０～１６０ｇ／ｃｍ３密度范围的低密度系列水泥浆。以性能优良的碱性活化剂ＢＥＳ—１，活化高炉矿渣、粉煤灰和漂珠的潜在活性，使其形成满足固井质量要求的胶凝体。该系列具有“水泥”石抗压强度高，密度低，体系稳定，初终凝时间短，成本低廉等特点，开发了固井的新材料。     

利用矿渣MTC技术解决复杂地层固井难题

分析了矿渣MTC浆失水、稠化时间、抗压强度、流变性、静胶凝强度发展等性能特点及技术优势，并与常规水泥浆进行了对比分析，认为矿渣MTC体系大部分性能指标优于水泥浆体系，可以满足现场固井技术要求。应用矿渣MTC固井技术解决了低压易漏失井、高压气井、调整井、长裸眼长封固段及复杂压力体系固井等固井技术难题，固井质量明显优于常规水泥浆固井。     

新型抗高温粉煤灰低密度水泥浆

针对目前粉煤灰低密度水泥浆体系高温下沉降稳定性差及顶部水泥石抗压强度发展缓慢等问题,测试了在中高温条件下粉煤灰、微硅类稳定剂加量对水泥石强度的影响,实验发现微硅类稳定剂在高温条件下(≥125℃)会阻止粉煤灰水泥浆抗压强度正常发展。通过研究出一种新型高温增强剂,保证了粉煤灰低密度水泥浆体系的高温稳定性,并解决了目前粉煤灰低密度水泥浆体系存在的高温强度发展异常、强度很低等问题,最后开发出一套密度为1.50~1.60 g/cm3的粉煤灰低密度水泥浆体系。该体系具有沉降稳定性好、API失水量小、稠化时间可调等性能,水泥石抗压强度较高且顶部抗压强度发展良好,130℃下静胶凝强度的过渡时间为18 min,能够满足85~130℃的大温差高温固井。     

镁渣-粉煤灰-水泥复合胶凝材料的初步研究

以粉煤灰、镁渣等工业固体废弃物为原料,辅以适量的激发剂,制备成镁渣-粉煤灰-水泥复合胶凝材料,研究了镁渣的比表面积,镁渣/粉煤灰掺比对复合胶凝体系的凝结时间和力学性能的影响.研究表明,胶凝材料的强度随着镁渣的细度、镁渣比表面积的增大而增加,少量水泥能够有效地激发出钢渣-粉煤灰体系潜在的活性,单掺水泥的钢渣-粉煤灰体系最优配比为:钢渣/粉煤灰=5∶5,水泥掺量为15%,石膏为10%.     

特低密度水泥浆室内实验研究

在油田低压易漏地层使用密度１．４０—１．６０ｇ／ｃｍ３的低密度水泥浆固井时，有时仍会发生返高不够的问题。为此设计了密度１．２０—１．４０ｇ／ｃｍ３的特低密度水泥浆。该体系以密度较小的高炉水淬矿渣为水化材料，漂珠为减轻外掺料，膨润土为稳定剂，用碱性激活剂激发矿渣和漂珠的活性，使体系形成胶凝体。该水泥浆具有密度低、稳定性好、抗压强度高、材料费用低等特点，流变性和稠化时间均能满足非产层填充环空和支撑套管的固井施工要求。     

高炉矿渣激活剂BES-1

通过分析BES-1激活后高炉矿渣水泥浆的流变性、析水、初、终凝时间、相容性等性能,表明BES-1能激活矿渣活性,提高矿渣浆“水泥石”抗压强度,改善矿渣浆流变性。用BES-1配制的矿渣浆体稳定性好,析水量小,与G级早强水泥浆相容性好,能安全用于低密度水泥浆固井。BES-1最佳加量为4％。     

复合膨胀剂对掺矿渣油井水泥性能的影响

针对普通油井水泥固井存在水泥浆高失水和水泥凝固过程中的体积收缩等问题，研究了G级油井水泥-矿渣-复合膨胀剂三元复合胶凝材料的膨胀与强度的协调性。通过汞压入法（MIP）和扫描电镜（SEM）等现代测试方法对矿渣油井水泥的水化硬化特性和机理进行了研究。试验结果表明，矿渣对改善G级油井水泥膨胀性能和力学性能有利；掺入煅烧MgO，在80 ℃水浴养护下，可得到比较理想的自生体积膨胀变形率，用限制膨胀来补偿水泥的限制收缩；掺钙镁复合膨胀剂，能改善矿渣油井水泥的微观结构，使得结构致密，抗压强度相应增加，可制备高性能膨胀油井水泥。     

矿渣对固井液性能的影响研究

为了研究矿渣对固井液性能的影响,通过对国内外主要的有关的矿渣固井技术的文献进行调研,对高炉水淬矿渣结构特、性能及其水化机理、影响矿渣固井液的固化因素和矿渣固化体性能和高温性能及其力学性能进行研究,用高炉水淬矿渣和油井水泥浆配制了一系列固井液并在不同水灰比下对其性能进行了实验研究。试验结果表明在0.44水灰比时,矿渣加量为30%时油井水泥的抗温性能最好。试模抗压强度也变好。在0.60水灰比时,矿渣加量达到30%时,试模抗压强度最高,固井液的表观粘度、塑性粘度、动切力也相应的有所提高,可增强固井液的稳定性。在0.80水灰比时,矿渣加入量为20%时,试模抗压强度最高,表观粘度不变,塑性粘度和动切力变化较小,可以提高固井质量。     

偏高岭土-矿渣地聚合物固井水泥浆体系研究

地聚合物比现有的油井水泥性能优越,是常规固井水泥的替代品,但是目前没有成熟的地聚合物固井水泥浆体系.为了研发出一套成熟的地聚合物固井水泥浆体系,针对地聚合物在配比设计和制备理论不成熟的问题,开展了碱激发剂(氢氧化钠与速溶硅酸钠)和原材料偏高岭土与矿渣的配比对地聚合物抗压强度的影响等方面的研究工作,优选出地聚合物碱激发剂...     

漂珠复合低密度水泥浆的室内研究与应用

研制了一种漂珠复合低密度水泥浆,分析了该体系的作用机理,确定了漂珠复合低密度水泥浆体系添加剂的最佳配方:早强剂CK21加量2%,分散剂SZA-2加量0.8%～1.0%,降滤失剂TD-80加量1.2%,微硅加量8%,按施工要求调节缓凝剂加量控制稠化时间.室内研究结果表明,该漂珠复合低密度水泥浆体系具有密度低、抗压强度高、水泥浆沉降稳定性好的特点,克服了目前常用低密度水泥浆体系的缺陷,是提高低压易漏失井固井质量的有效材料.     

触变早凝膨胀水泥浆体系在厄瓜多尔TAMBOCOCHA区块尾管固井中的应用

Tambococha区块位于厄瓜多尔亚马逊热带雨林腹地，是著名的“ITT”项目的重要组成部分，主力油层NAPOM1属于高孔高渗油气藏，油藏埋深在1500 m左右。针对前期尾管固井存在的油层封固质量差的问题，通过及时调整领浆密度、水泥浆稠度、减少降失水剂加量、减少胶乳的加量、引入早强触变剂等措施调整水泥浆配方，调整后的触变早凝膨胀水泥浆体系稠化时间、初终凝时间有所缩短，胶凝强度增大，胶凝强度发展速度加快。对调整后的水泥浆体系进行了8井次的现场应用，油层优质率为100%，尾管全井段优质率为95%以上，解决了该区块尾管固井存在的原始地层油水活跃、油层位置高的难题，为该项目后续尾管固井施工提供了技术支撑。     

触变早凝膨胀水泥浆体系在厄瓜多尔TAMBOCOCHA区块尾管固井中的应用

Tambococha区块位于厄瓜多尔亚马逊热带雨林腹地，是著名的“ITT”项目的重要组成部分，主力油层NAPOM₁属于高孔高渗油气藏，油藏埋深在1500 m左右。针对前期尾管固井存在的油层封固质量差的问题，通过及时调整领浆密度、水泥浆稠度、减少降失水剂加量、减少胶乳的加量、引入早强触变剂等措施调整水泥浆配方，调整后的触变早凝膨胀水泥浆体系稠化时间、初终凝时间有所缩短，胶凝强度增大，胶凝强度发展速度加快。对调整后的水泥浆体系进行了8井次的现场应用，油层优质率为100%，尾管全井段优质率为95%以上，解决了该区块尾管固井存在的原始地层油水活跃、油层位置高的难题，为该项目后续尾管固井施工提供了技术支撑。      

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随着勘探领域不断向深部油气藏拓展，固井遭遇的复杂井越来越多。为了进一步加强粉煤灰低密度水泥浆体系在低压易漏复杂地层固井中的应用，经过大量室内研究，开发出以海泡石为主要成分的新一代稳定剂SSD，碱性有机物质类早强激活剂TSN，室内评价了它们在粉煤灰水泥浆体系中的性能，配制出密度可在1.30~1.45 g/cm3之间可调的粉煤灰复合低密度水泥浆体系。实验结果表明，该水泥浆体系的流动性好、析水率小、失水可控、稠化时间可调，水泥浆凝结后的水泥石不但抗压强度高，而且还具有一定的体积膨胀率，能完全适用低压易漏地层固井的要求，并保证水泥环与地层、套管间的良好胶结，提高固井质量。另外，粉煤灰、微硅使水泥石具有良好的抗腐蚀能力，海泡石、微硅等使水泥浆具有一定的触变性，这说明该水泥浆体系能兼有多种特性，是一种能满足复杂井固井需要的低密度水泥浆体系。     

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。
     

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钻井液转化为水泥浆技术，是在钻井液中添加某些胶凝材料和外加剂将其转变成水泥浆直接用作固井材料的新型固井方法。在钻井过程中钻井液承担着冷却润滑钻头，携带岩屑，平衡地层压力，稳定井壁的任务。如果在完成钻井后将钻井液通过一定的方法转化为可固结的材料———固井液，就能达到封隔地层、支撑套管、防止层间流体窜通的目的，这种技术又称为ＭＴＣ（ＭｕｄｔｏＣｅｍｅｎｔ）技术。文中从油气井开发提高效率、降低费用的技术要求出发，论述了采用ＭＴＣ技术是一条可行的路子。实验研究得出用油井水泥，粒化高炉矿渣共同作为胶凝材料，优选合适的分散剂和促凝剂，提出了普通钻井液和聚丙烯酰胺低固相钻井液转化为水泥浆体系的优化配方。这种兼有钻井液和固井液作用的技术，能避免钻井液和水泥浆混合时发生的絮凝现象，提高环空顶替效率，降低废钻井液处理费用，减少固井材料，因而在提高固井质量和降低成本上有很大的潜力，可供生产部门参考     

低密度高炉矿渣水泥浆体系的研究应用

长庆油田以高炉矿渣代替水化材料,再加激活剂和少量水泥、膨润土和漂珠,配制成1.48~1.63g/cm3的低密度矿渣水泥浆,经室内试验,流动度大于20cm,45℃、25MPa条件下的稠化时间大于180min,45℃、24h的抗压强度达到5.4~10.8MPa,与高密度的纯水泥浆配伍性好,能满足现场施工要求。经4口井试验,油层以上用低密度矿渣水泥浆封固,油层仍用纯水泥封固,施工顺利,固井质量优良,成本比用低密度粉煤灰水泥浆固井还要低。文中还探讨了高炉矿渣和激活剂的物理性质、化学性质和水化机理。     

低密度水泥浆体系的制备和室内性能评价

为改善固井质量,解决低压易漏井固井水泥浆漏失和对油气层的伤害,研制出一种漂珠微硅复合低密度水泥浆体系。确定了此水泥浆体系的最佳配方:漂珠加量90 g,微硅加量30 g,降失水剂加量1.7%,分散剂加量1.3%,早强剂CSA-1加量1.4%,消泡剂Fry加量0.2%。室内研究结果表明,当电压为7 V时,该水泥浆体系的稠度为27 BC,稠化时间为170 min(稠化时间较短);流动指数n为0.553,API失水量为90.0 mL,游离液含量仅为0.1 mL,24 h抗压强度为15.08 MPa,可满足低压易漏及欠平衡钻井的固井要求。     

油基钻井液性能与固井质量研究

为了研究油基钻井液性能和固井质量之间的直接关系，采用新建立的评价方法--人工岩心法，考察了油基钻井液体系及其主要组分对固井作业中第一、第二界面剪切胶结强度的影响规律，以及不同混浆比例下对水泥浆胶凝强度、初凝时间、终凝时间和水泥石抗压强度的影响规律。研究表明：对两界面胶结强度的影响由大到小依次是体系、乳状液、主乳化剂、降滤失剂、白油；前置液清洗后，胶结强度成倍提高，尤其对体系、乳状液和降滤失剂清洗效果最佳；随混浆比的增大，水泥浆初凝和终凝时间明显延长，水泥石抗压强度明显下降，甚至不凝。     

一种新型低密度矿渣固井液

针对漂珠、空心玻璃微珠等减轻剂价格昂贵、使用量大、其浆体与钻井液相容性较差等问题,借鉴钻井液转化为水泥浆（MTC）技术,直接以矿渣作为胶凝材料替代油井水泥配制固井液,并研究了配套的激活剂和缓凝剂。通过大量的室内实验,初步筛选出一种碱金属氢氧化物JHQ和一种碱金属硅酸盐JGY作为激活剂,并最终确定他们的掺量分别为3%和2%,此时固化体3 d的抗压强度可达到12.5 MPa ;体系采用的缓凝剂HNJ主要靠分子中α和β位羟基羧酸基团能与Ca2+有很强的螯合作用,形成高度稳定的五元环或六元环,部分吸附于矿渣颗粒上,阻止水化产物性能,以达到延长工作液稠化时间的目的,浆体稠化时间与缓凝剂HNJ掺量几乎呈线性增长趋势;体系选用具有提高浆体稳定性和控制失水能力的膨润土类悬浮剂GYW-201,并配合使用悬浮稳定作用强的高聚物悬浮剂GYW-301。结果表明,矿渣固井液适用温度为50~90℃,密度在1.30~1.50 g/cm3范围可调,具有成本低、失水量低、沉降稳定性良好、与钻井液相容性好、稠化时间线性可调、低温下强度发展迅速等优点。该体系已应用于江苏油田现场作业,固井质量良好。因此该矿渣固井液可替代低密度水泥浆,用于低压易漏井、长封固段、欠平衡井等固井施工,降低固井成本。      

矿渣MTC固化泥饼能力及其行为原因分析

矿渣MTC能不能实现泥饼的固化胶结,是否能提高第二界面胶结强度,对矿渣MTC的推广应用极其关键,为此系统比较了矿渣MTC水泥浆与油井水泥浆在没有泥饼、普通钻井液泥饼、多功能钻井液泥饼3种情况下的界面胶结性能,并对泥饼固化的原因进行了分析研究.实验结果表明,没有泥饼存在时,油井水泥浆的胶结性能明显优于矿渣MTC;普通泥饼存在时,水泥浆和MTC均不能得到令人满意的胶结性能;油井水泥浆不能使多功能钻井液泥饼固化胶结,而矿渣MTC能够实现多功能钻井液泥饼的固化胶结.结果还表明,泥饼固化的首要条件是泥饼中必须含有胶凝材料,由于普通泥饼中没有胶凝材料,所以不论是什么固井液都不能使其固化.而矿渣的活性是潜在的,只有被激活才能发挥胶凝性能,因此油井水泥浆无法与多功能钻井液泥饼发生同步的水化固化反应,只有矿渣MTC浆体与多功能钻井液泥饼相遇,才能既保证有胶凝组分的存在又具有足以激活矿渣水化的可溶性激活组分,从而有效实现泥饼的固化,提高固井质量.