微硅漂珠复合低密度水泥体系的探讨

低密度水泥是解决低压易漏井固井水泥浆漏失的主要途径。研究了微硅漂珠复合低密度水泥体系,分析了该水泥体系的作用机理,并对微硅漂珠复合低密度水泥体系的水灰比与密度的关系、水泥浆配方、流变性、沉降稳定性等性能进行了评价。结果表明,微硅漂珠复合低密度水泥浆体系强度高、滤失量低、自由水含量低及稳定性能好,水泥浆密度为1.30—1.33 g/cm~3。微硅漂珠复合低密度水泥体系克服了漂珠低密度水泥和微硅低密度水泥的缺点,满足了定向井和水平井施工作业对水泥浆的要求。     

微硅-漂珠复合低密度水泥浆体系在松南地区的应用研究

根据颗粒级配原理优化了水泥、微硅和漂珠的分布,研制出了微硅-漂珠复合低密度水泥浆体系,该体系具有流变性好、稠化时间及稠化过渡时间短、静胶凝过渡时间短等特点.在松南地区4口井的应用证明,该水泥浆体系适合松南地区的地质特点,能满足该地区的固井要求,固井优质率达95%,社会效益和经济效益非常显著.     

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。     

颗粒级配增强低密度油井水泥的实验研究

基于颗粒级配增强原理,设计了以漂珠、水泥颗粒、微硅颗粒和自制的颗粒级配增强外掺料为主构成的四元体级配体系,并研制了与之配套的早强增韧剂。试验结果表明,筛选确定的漂珠、微硅颗粒和自制的颗粒粒径分布合理,所设计的四元体级配体系确实可行,与早强增韧剂配合使用,可显著提高漂珠微硅类低密度水泥石的综合强度、水泥浆的稳定性和防窜能力,与其它常用外加剂也有良好的配伍性。研究结果对油井水泥体系的研制与应用具有普遍的指导意义。     

DFC非漂珠低密度水泥浆体系实验研究

常规漂珠的批量生产受到限制，且漂珠低密度水泥存在高压体积收缩等问题，为此，进行了非漂珠低密度水泥浆体系研究。以颗粒的合理级配及紧密堆积为理论基础，通过水泥石抗压强度、水泥浆沉降稳定性及超声波实验优选了FC-1、FC-2、FC-3及FC-4低密度水泥外掺料，并通过合理的外掺料配比及优选低密度水泥浆配套外加剂进行失水、水泥浆稠化及地面模拟等试验，研制出密度为1.40～1.50 g/cm3的DFC非漂珠低密度水泥浆体系，该体系具有高强度、抗高温衰退等特点，能够替代普通漂珠低密度水泥浆在油井固井中应用，其整体性能满足油田固井及后期开发的需要。地面模拟试验表明，常规的干混设备能够满足该体系的均匀混拌需求，该体系具有良好的施工可行性。     

低压漏失井固井水泥浆体系的研究

以紧密堆积和粒级级配理论为基础,研究出了性能较好的微硅-漂珠低密度水泥浆体系.实验选用60目(0.250 mm)漂珠作为减轻剂.该低密度水泥浆体系中加入堵漏材料形成了对孔道和缝隙具有较好封堵效果的堵漏低密度水泥浆体系,其基本配方为:嘉华G级水泥(JHG)+30%漂珠(PZ)+20%微硅(WG)+4.67%早强剂+2.8%降失水剂+1.67%减阻剂+70%水+0.4%堵漏材料(CDJ-2).经室内测试表明,该体系密度为1.38 g/cm3,API失水量为16 mL,48 h抗压强度为13.2 MPa,具有良好的堵漏效果.     

漂珠/微硅复合水泥浆体系的抗压强度与密度和温度之间的相关性研究

固井水泥浆抗压强度是固井质量的重要参数,而地层温度和水泥浆密度是影响抗压强度的重要参数指标。本文结合近年来苏丹1—2—4区块漂珠／微硅复合水泥浆体系的广泛应用与国内学者对该水泥浆体系进行的室内理论研究,利用多元回归分析方法对实验所得该水泥浆体系的抗压强度等重要参数进行线性回归分析,得到线性回归模型。结果表明,漂珠／微硅复合水泥浆体系的抗压强度与实验温度（模拟地层温度）、水泥浆密度之间确实存在着线性相关关系,应用回归模型可以计算其抗压强度,从而对固井现场施工起到指导作用。     

高强增塑低密度水泥浆体系研究

常用的低密度水泥浆体系在低压易漏地区固井存在强度低的缺陷,油气勘探开发对低密度水泥浆体系提出了更高的要求。研究开发了以漂珠、水泥颗粒、微硅颗粒和颗粒级配增强剂为主构成的4级颗粒填充结构及与之配套的增韧复合纤维构成的高强增塑低密度水泥浆体系,对水泥石强度、水泥环抗冲击能力、水泥浆性能、浆体稳定性进行了室内实验。实验结果表明,水泥浆具有流变性能好、失水量小、稠化过渡时间短的优点,可显著提高低密度水泥石的综合强度、水泥浆的稳定性和防窜能力,与其他外加剂也有良好的配伍性。在胜利油田及川东北地区进行了现场应用,效果良好,为解决当前低压易漏井的固井问题提供了一个可行的途径。     

养护环境对漂珠微硅类低密度水泥石抗压强度的影响

应用漂珠微硅类低密度水泥体系固井是解决低压易漏层段和长封固段固井作业难题的主要手段,但是对其高温高压强度发展规律尚缺乏系统的理论分析和实验评价。在分析颗粒级配原理、利用激光粒度测试仪及配伍性实验方法优化低密度水泥体系配方的基础上,利用抗压强度实验方法研究了不同养护环境对漂珠微硅类低密度水泥石试件强度的影响规律,并与嘉华G级水泥基浆水泥石高温强度进行了对比。最后从化学成分、颗粒级配及搅拌方法等角度对实验结果进行了原因探析。结果表明:养护环境对低密度体系抗压强度的影响规律明显不同于基浆,漂珠微硅类水泥体系具有一定的抗高温强度衰退特性,良好的紧密堆积效应使养护压力对体系强度影响程度较小。     

微硅-漂珠复合低密度高强度水泥浆体系的研究与应用

为解决桩西油田固井质量不理想问题，开发出了一种微硅-漂珠复合低密度水泥浆体系，该体系具有密度低，稳定性好，抗压强度高，配伍性好等特点。现场应用表明，该水泥浆体系解决了桩西油田地层压力低、封固段长和固井质量差的问题。     

庆深气田深层气井防气窜固井配套技术

针对庆深气田深层天然气井固井后,出现井口环空压力高、气窜气量小等微间隙气窜难点,提出了以消除微间隙为核心的防气窜固井配套技术思路。研制的环空气窜阻断器循环阻力小、强度高、抗温能力达到200 ℃;微间隙封堵液与水泥浆相容性好,凝结时间可根据要求在7～29 d之间调整,具有良好的微间隙封堵效果;抗温180 ℃的微膨胀防气窜水泥浆体系具有抑制水泥石收缩、抗压强度高、滤失量和渗透率低等特点;同时还在井眼准备、提高虚滤饼冲洗效果、压力补偿、优化固井施工设计和钻分级箍等方面进行了配套技术研究。由此形成了庆深气田深层气井防气窜固井配套技术。     

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。     

一种低温早强低密度水泥浆

低温下,常规低密度水泥浆体系早期强度发展缓慢,水泥石胶结能力差,影响了水泥环封固质量,浅层易漏井固井质量问题日益突出,为此,进行低温早强低密度水泥浆体系研究。根据紧密堆积理论及综合室内实验研究,研制了密度为1.30~1.50 g/cm3的低温早强低密度水泥浆体系,主要优选了超细胶凝材料和锂盐复合早强剂,增加了低密度水泥石的致密性,提高了低密度水泥石的早期强度,25℃凝结时间为13 h,24 h抗压强度为10.2 MPa。该体系具有低温早期强度高,凝结时间短,稳定性好等优点。在大庆油田现场成功应用2口井,固井质量合格率100%,取得良好的应用效果。      

耐高温高密度防腐固井水泥浆

深层含酸性气体油气井中,高温、高压含CO₂气体环境易腐蚀水泥石,破坏水泥环密封完整性。为开发具有防腐能力的高温高密度固井水泥浆体系,对水泥浆关键材料进行研究,构建了抗高温高密度防腐水泥浆体系,分析了水泥浆性能和微观形貌。实验结果表明,锰矿粉加重剂能显著提高水泥浆密度,制备的水泥浆体系高温下抗腐蚀能力较好;研究的降失水剂JS18L、缓凝剂H16L在高温下能降低水泥浆失水量,调节稠化时间。将无机复合防腐剂NAM-H、聚合物防腐剂SZ-M2结合使用,作为防腐材料可增强水泥石防腐性能。使用研究的添加剂材料构建密度为1.90～2.20 g/cm3的抗高温高密度防腐水泥浆,水泥浆体系流变性好,稳定性高,失水量小于50 mL,稠化时间在3～5 h可调,满足固井作业要求。高密度水泥石高温下力学性能稳定,防腐能力强,水泥石腐蚀30 d的抗压强度衰退率在25%以内,腐蚀深度小于1.5 mm。该研究成果可为高温高压酸性气井以及二氧化碳地质封存井固井作业提供技术支持。      

胜坨地区高密度水泥浆体系的设计与应用

针对胜坨地区油气井原始地层压力高,固井作业时易发生气窜等问题,进行了高密度抗盐水泥浆体系研究。应用紧密堆积和颗粒级配原理,使用微硅与铁矿粉进行颗粒级配,并优选了铁矿粉和沃尔德的外加剂,配制出高性能的高密度水泥浆体系。对该水泥浆的稳定性、稠化时间、防气窜性能、流变性能进行了室内评价,试验表明,该体系在较大温度范围内具有浆体沉降稳定性好、密度在1.90~2.60 g/cm3范围内可调、游离液为零、流变性好、失水量小、强度高、稠化时间可调等特点,而且具有良好的防气窜性能。该高密度水泥浆体系已成功应用于胜坨地区坨720等井以及胜利油田、新疆等高压油气层地区固井作业中,现场应用表明,该体系的流变性能、初始稠度、失水量、稠化时间、抗压强度等指标均能满足施工要求,固井质量优良,可进一步推广应用。     

超细低密度水泥浆的研制及其应用

LG地区“三高（高压、高含硫、高危）”气井封固段长,复杂井眼条件下的固井给水泥浆提出了更高的要求,常规低密度水泥浆体系不能满足封固质量的要求。为此,提出引入超细水泥、微硅等材料,实现多元颗粒级配,优化各组分的粒度分布,提高密实程度使水泥浆的各项性能得到了较大的提高。水泥浆密度为1.20~1.50 g/cm3,具有良好的流变性,较短的稠化过渡时间;静胶凝强度发展形态好,具有良好的防气窜性能;API失水量小;水泥石具有高早期强度;更低的渗透率和良好的防漏堵漏功能等特点,井底压力条件下水泥浆密度恒定不变,其各项指标达到了常规密度水泥浆性能的水平。现场应用20余口井次,测井曲线显示固井质量良好。     

早强低密度水泥浆体系提高低压易漏井固井质量

川西南部地区储层段地层压力系数低,采用常规密度水泥浆固井作业时易产生漏失,造成储层伤害,降低油气井产能,且固井质量难以保证,影响后期井筒完整性。为此,采用颗粒级配技术,利用不同密度不同粒径微硅（2.16 g/cm³、0.1 μm）、漂珠（0.7 g/cm³、45～300 μm）等外掺剂与水泥进行复配,研制了一套密度介于1.25～1.40 g/cm³的早强低密度漂珠水泥浆体系。该水泥浆体沉降稳定性良好,上、下密度差小于0.03 g/cm³,稠化时间可调,稠化过渡时间最长15 min,最短5 min,失水小于50 mL,48 h抗压强度大于10 MPa,有效地保障了低压气井的平衡压力固井作业,加入复合纤维的早强低密度漂珠水泥浆增加了水泥石的塑性,从而提高了低压易漏失产层段的固井质量。     

超高密度抗盐水泥浆体系的研究

针对西部地区高压油气层或老油区调整井固井作业时发生井喷、气窜的问题,研究出了超高密度抗盐水泥浆体系.该水泥浆体系由铁矿粉、降失水剂GJF-200L、分散剂FDN、缓凝剂GJR-200L、悬浮剂(微硅)配制而成.通过对超高密度抗盐水泥浆体系性能评价得知,该体系在淡水、10%NaCl盐水条件下,具有一定的抗压强度、良好的稳定性、较好的失水控制能力,稠化时间易调整.由现场模拟固井实验表明,该体系的流动度、初始稠度、可泵时间、稠化时间、失水量、析水量和抗压强度均满足了施工要求;密度为2.42 g/cm3的水泥浆,当立罐压力为0.15～0.18 MPa时可保证正常供灰,达到所需的密度;密度为2.60 g/cm3的水泥浆,当立罐压力为0.18～0.20 MPa时可保证正常供灰,达到所需的密度.该超高密度抗盐水泥浆体系可用于现场异常高压油气井固井施工的需要.