水泥浆沉降稳定性及防沉降剂的开发与应用

从沉降机理出发,分析了常见水泥浆沉降稳定性差的原因,提出了相应的改善措施,并结合现场需求,通过合理的结构设计,制得性能优良的低密度防沉降剂BCJ-310S。该产品的防沉降效果良好,耐温能力较强,可显著改善低密度水泥浆的沉降稳定性;且低温下不过分增稠,高温下不过分稀释,可使水泥浆在不同温度下保持相对稳定的流变性能;对稠化、失水、强度等性能无不良影响,综合性能良好。低密度防沉降剂BCJ-310S在玉门、冀东、伊拉克哈法亚等油田成功应用,有效解决了低密度水泥浆的稳定性难以调节的问题,提高了固井质量。     

基于乌式黏度计法的固井聚合物外加剂耐温能力评价方法

高温深井固井质量难以保证,其中一个重要原因是高温下水泥浆综合性能难以保证。目前多使用外加剂调节水泥浆高温性能,这类外加剂多为聚合物。高温下水泥浆的沉降稳定性、滤失量通过使用降失水剂进行调节,稠化时间通过使用缓凝剂进行调节。随着井深增加,井底温度和压力逐渐升高,高温下水泥浆的沉降稳定性、失水及稠化时间调控难度加大,然而少有对聚合物外加剂本身耐温性能的评价方法。因此基于高温下聚合物溶液黏度降低的机理,通过乌氏黏度计评价聚合物溶液黏度变化,推荐一种聚合物外加剂耐温能力评价方法,即测量外加剂高温养护前后分子量变化率（△M）,△M绝对值越趋于0,表明耐温性能越好,以此指导高温固井注水泥工作中聚合物外加剂的优选。      

高温悬浮稳定剂DRY-S2的研究及应用

水泥浆在高温条件下的稳定性差,尤其低密度水泥浆的稳定性很难得到保证,这使水泥浆性能难以满足固井要求,并直接关系到固井施工安全和固井质量.为解决这一难题,研制出了高温悬浮稳定剂DRY-S2,其由有机高分子(悬浮剂A)、无机矿物(稳定剂B)及表面活性剂(助剂C)组成.加入DRY-S2的低密度水泥浆在温度低于100℃时,DRY-S2的有机高分子起稳定作用,且不会提高浆体的初始稠度;当温度超过100 ℃时,由于温度的激发,其迅速形成立体网架结构,具有“二级”悬浮稳定作用.通过与不加DRY-S2的水泥浆进行对比,加入DRY-S2的水泥浆可以更好地维持浆体稳定性.现场应用加入该悬浮稳定剂的水泥浆固井,固井质量优良.     

油井水泥浆高温悬浮稳定剂的开发及性能研究

针对油井水泥浆高温沉降失稳问题,引入疏水单体N-十四烷基丙烯酰胺,制备了一种高温悬浮稳定剂,并测试了稳定剂的热增黏性能,分析了热增黏机理。综合评价了高温悬浮稳定剂对油井水泥浆沉降稳定性、流变性能、稠化性能和水泥石抗压强度的影响。结果表明,高温悬浮稳定剂通过分子间疏水缔合作用增加高温水泥浆的黏度;稳定剂的适用温度为60~150℃,最佳加量为0.15%;控制水泥石的密度差在0.025 g/cm3以内,具有非常良好的防沉降性能;稳定剂保证水泥浆的稠度系数变化很小,在4.441~5.760 Pa·sn范围内,保证水泥浆浆体稠度稳定;稳定剂对水泥石强度影响较小,水泥石强度满足固井施工要求。      

固井用新型高温缓凝剂的研究与应用

针对深井、超深井长封固段大温差水泥浆柱顶部强度发展缓慢的问题,通过自由基水溶液聚合方法,研制了新型聚合物类高温缓凝剂GWH-1,并对其性能进行了评价。结果表明:GWH-1耐温可达200℃,抗盐可达饱和;通过调整GWH-1加量,能调节水泥浆的稠化时间;经130℃养护后低密度水泥浆(1.30 g/cm3)的稠化时间为386min,在30℃下养护72 h后的抗压强度大于3.5 MPa;高温水泥浆无游离液且水泥石上下密度差小于0.02 g/cm3;水泥浆综合性能良好,解决了长封固段大温差固井水泥浆顶部超缓凝难题。GWH-1在塔里木油田RP7008井等进行了应用,封固段固井质量优良。对深井长封固段提高固井质量、简化井身结构及节约钻井成本等具有重要意义。     

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。      

新型苯丙胶乳水泥浆体系的室内研究

为提高苯丙胶乳的适用温度,满足高温固井的需求,以苯乙烯、丙烯酸丁酯、功能单体等为原料,合成了一种新型耐高温苯丙胶乳GR,并进行了500 kg的放大生产。室内评价了GR苯丙胶乳水泥浆体系的高温降滤失性、流变性、防气窜性能、稳定性和综合性能,对比了GR小样产品与中试产品的性能,论述了苯丙胶乳GR的作用机理。结果表明:GR苯丙胶乳水泥浆的滤失量可以控制在50 mL以下,耐温能力达到150 ℃;GR苯丙胶乳水泥浆具有良好的流变性、直角稠化、防气窜性能以及稳定性等特点,另外中试生产的苯丙胶乳的性能与室内小样产品均保持一致。综合分析认为,GR苯丙胶乳水泥浆可以满足150 ℃以下高温固井的要求。      

超高密度水泥浆体系高温性能室内研究

通过分析高温高压油气井固井常遇到的一些问题,提出了选用特定粒径分布的高密度锰铁矿粉作为加重剂,构建密度可达2.80g/cm3抗高温的超高密度聚合物水泥浆体系。文章对超高密度水泥浆体系作了简要的介绍,通过对水泥浆高温下的流变性、稳定性以及失水与强度性能试验研究发现,该水泥浆体系具有流变性好、浆体稳定性高、失水量低、水泥石强度发展迅速、防窜能力强的优点,其综合性能能够满足深井、超深井固井作业要求,具有良好的应用前景。     

接枝改性聚乙烯醇的合成及性能评价

聚乙烯醇(PVA)作为油井水泥降失水剂,适用温度较低(120℃),难以满足高温固井的需求。以PVA1788、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和交联剂乙二醛等为原料,合成了一种油井水泥降失水剂接枝改性聚乙烯醇(PVA-1)。室内试验评价了添加降失水剂PVA-1的水泥浆的耐温性能、流变性能、稠化性能、抗压强度和防气窜性能等。试验结果表明,加有降失水剂PVA-1的水泥浆API失水量可以控制在50 mL以下,抗温能力接近150℃;加有PVA-1的水泥浆稠化时间稍有延长,抗压强度不降低,抗析水能力增强;其与分散剂DZS和缓凝剂DZH的配伍性良好,还能提高水泥浆的防气窜能力。综合分析认为,合成的PVA-1能够满足150℃以下高温固井的需求。      

DCG-150型高温隔离液的研制与应用

为解决深井固井顶替效率低的问题，开发研制出了由高分子改性悬浮剂、硅藻土和加重剂组成的DCG-150型高温隔离液。该隔离液抗温达150℃，密宦可在1．1～1．8g／cm^3之间自由调节，具有良好的悬浮稳定性和流变性，失水量可控制在50mL以下，与水泥浆和钻井液的相容性好，有刊于提高固井顶替效率，有延缓水泥浆稠化的作用。在大庆油田15口深井的固井结果表明，该隔离液的隔离教果明显，有利于提高固井顶替效率。     

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。      

高密度抗盐隔离液BH-HDS的研制与应用

高密度、盐膏层井对提高顶替效率的固井隔离液提出了更高的要求。通过选用生物质聚合物、无机悬浮物以及无机盐复合材料作为悬浮剂,阴离子聚合物作为稀释剂,重晶石作为加重剂,配制出一种新型隔离液。研究表明,该隔离液体系在1.50～2.40 g/cm3范围内具有良好的流变性能和沉降稳定性能,并且该体系具有良好的抗温性能,当温度达到180℃时,1.80 g/cm3隔离液的上下密度差为0.06 g/cm3,2.20 g/cm3隔离液的密度差为0.03 g/cm3 ;此外,该隔离液抗盐能达半饱和,半饱和盐水隔离液具有良好的悬浮稳定性和流变性。测试了隔离液与钻井液、隔离液与水泥浆、隔离液与钻井液、水泥浆3种混合液的相容性能,研究表明隔离液具有良好的相容性,加入隔离液的水泥浆的稠化时间较纯水泥浆稠化时间长。该高密度抗盐隔离液在伊拉克高压盐膏层应用2井次、在大港油田中深层油层现场应用1井次,固井质量1口合格,2口优质。      

油井水泥缓凝剂SDH-2的性能研究及应用

为满足深井固井对水泥缓凝剂的特殊要求,研制出了一种高温耐盐缓凝剂SDH-2.该缓凝剂由碱、醛、亚磷酸制备,具有工艺简单、成本低的特点.介绍了SDH-2的制备条件,考察了反应物配比和催化剂加量对产品性能的影响,并在室内评价了SDH-2的缓凝性能、耐温抗盐性能、配伍性能以及对水泥石抗压强度的影响.结果表明:SDH-2在40～170 ℃的范围内具有优良的缓凝效果,缓凝时间可调性好,稠化曲线理想,抗盐性良好,与降失水剂、减阻剂有良好的相容性,对油井水泥选择性小,水泥石抗压强度高.SDH-2在现场应用了6口井,结果表明:该缓凝剂解决了深井固井中水泥浆稠化性能不稳定,稠化时间难以控制的问题,水泥浆具有良好的流动性能,满足不同井眼条件下固井对水泥浆流动性能的要求;同时水泥浆抗压强度发展迅速,高温条件下水泥石性能稳定,符合深井固井的要求.     

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。     

新型固井降失水剂HTF-200C

针对目前中国常规固井降失水剂抗温抗盐能力差、综合性能欠佳的问题,以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、新型双羧基化合物为单体,采用水溶液自由基聚合的方法合成了耐盐、抗高温的共聚物型固井水泥降失水剂HTF-200C。HTF-200C微观结构表征和应用性能综合评价表明,各单体成功参与聚合,共聚物热稳定性良好;该降失水剂控失水耐温可达200℃,抗盐达饱和,可解决常规降失水剂高温下易水解、稠化实验"鼓包"等问题;以HTF-200C为主剂的水泥浆体系失水量低、抗盐耐温能力强、低温下强度发展快、无超缓凝现象、胶凝强度过渡时间短,具有很好的综合性能。产品在辽河油田陈古1-3井应用后固井质量达到优质。     

川深1井固井水泥浆高温沉降稳定性研究与应用

川深1井是一口超深风险探井,完钻井深高达8420 m,井底温度178℃,为保证固井质量,水泥浆高温沉降稳定性至关重要。论文结合水泥浆在井底的顶替和静止自由沉降过程,利用高温高压稠化停机实验结合浆杯底部沉降颗粒层的厚度,建立了水泥浆高温沉降稳定性测试评价方法。基于水泥浆高温沉降失稳机理分析,从液相和固相角度出发,基于红外光谱检测分析提出了有机聚合物液相外加剂耐温能力评价技术,结合环境扫描电镜微观结构观察探明了硅砂粗细搭配以及超细材料微硅、液硅、纳米SiO₂以及胶乳对水泥浆高温沉降稳定性的影响及其作用机理。论文研究满足了1.90～2.30g/cm3水泥浆高温150～180℃沉降稳定性的要求,研究措施应用于川深1井五开油层尾管水泥浆体系设计中,水泥浆高温沉降稳定性良好,固井质量优良率88.1%。      

耐200 ℃固井水泥用悬浮剂的制备与性能表征

针对深井、超深井固井中,水泥浆在高温下液相黏滞力下降而发生固相沉降失稳甚至分层的问题,设计合成了一种耐200 ℃的高温悬浮剂GX,该剂是以丙烯酰胺（AM）、对苯乙烯磺酸钠（SSS）、N, N-二乙基丙烯酰胺（DEAA）为单体,过硫酸铵（APS）为引发剂,采用自由基溶液聚合法制得的三元共聚物。采用GPC、FTIR、1H-NMR和SEM对高温悬浮剂的分子量、结构和形貌进行了表征,结果表明,3种单体均参与聚合反应,成功合成了AM/SSS/DEAA三元共聚物。TG、FTIR和SEM分析表明,高温悬浮剂的耐热性能优异,最高可达318.6 ℃。高温沉降稳定性评价结果表明,高温悬浮剂的适用温度可达200 ℃,水泥浆中加入悬浮剂GX后,200 ℃下密度差小于0.02 g/cm3,能提高水泥浆的沉降稳定性,且高温悬浮剂的加入对水泥浆的流变性、稠化时间和水泥石的强度无负面影响。      

低温胶乳盐水水泥浆体系研究与应用

针对浅层盐穴储气库井固井中存在的强度发展缓慢、水泥石韧性差等问题,开发了适用于浅层盐穴储气库井固井的低温胶乳盐水水泥浆体系.室内实验研究表明,该体系具有稳定性好、失水量低、水泥浆稠化时间可调、水泥石力学性能优良等特点,并且胶乳增强了水泥石的弹性形变能力,使水泥石韧性增强,有助于提高水泥石抗冲击破坏的能力.胶乳盐水水泥浆体系综合性能良好,能改善第一、二界面胶结,提高浅层盐穴储气库井固井质量.并成功应用于安宁盐穴储气库安资2井.     

深水固井低温水泥外加剂的开发及应用

针对深水固井面临的低温、海底松软地层、浅层流等技术难题,采用单体复配技术开发了新型深水固井低温早强剂PC-DA92S、PC-DA93L,采用悬浮聚合技术开发了低温降滤失剂PC-DG72S。根据南海海域钻探的实际井况,研制出了适合现场应用的2种低温水泥浆,对该水泥浆在深水环境下的性能进行了评价。在南海LH16-1-1井的现场应用结果表明,2种低温水泥浆体系低温早强效果良好,具有失水量小、防气窜能力良好、稠化时间易于调整、水泥浆性能稳定等优点,能够满足现场施工要求,可用于海洋深水表层套管固井。      

液体加重技术在超高密度水泥浆研制中的应用

随着深井和超深井复杂地层钻井的日益增加,普通高密度水泥浆已经不能满足深井、超深井及超高压固井作业的需要,研究超高密度水泥浆体系势在必行。由于常规高密度水泥浆采用无机矿物固相加重,密度难以突破2.6 g/cm³,为了有效地提高水泥浆密度,采用以液体加重为主的配制超高密度水泥浆的方法,即采用无机盐提高水泥浆配制基液的密度,结合颗粒级配原理,辅以无机矿物材料加重水泥浆密度,降低了配制超高密度水泥浆体系的难度,室内配制的超高密度水泥浆体系密度达3.05 g/cm³,具有良好的悬浮稳定性、流变性能、降失水性能和抗盐能力,稠化时间易于调节,其工程性能满足超高密度固井作业的需要。