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。     

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。     

固井水泥浆微沫剂WMJ-1室内试验研究

本文合成了一种固井水泥浆微沫剂WMJ-1,重点研究了WMJ-1固井水泥浆微沫剂对不同体系的低密度固井水泥浆体系性能的影响规律.实验结果表明:0.2％WMJ的加入能显著减低浆体的密度,密度最低可降为0.69g/cm3,形成性能稳定的超低密度微泡沫固井水泥浆体系,并可显著降低低密度固井水泥浆的析水量、提高浆体的表现黏度、改善水泥浆的稳定性;WMJ-1可明显降低低密度固井水泥浆体系的抗压强度,复配加入wG微硅粉后可一定程度上提高浆体固化体的抗压强度,且能够显著提高体系的触变性能,对固井防漏十分有利.表3参6     

低成本超低密度水泥浆体系研究与应用

针对低压易漏失、长封固段地层的固井难题,同时适应当前油气勘探低成本战略,开发出一种复合增强材料BCE-650S。该材料具有稳定性好、高活性、高蓄水等特点,且来源广泛、价格低廉。对其辅以适当外加剂,形成了密度在1.20～1.30 g/cm3的超低密度水泥浆体系。该体系在扩大水灰比、降低密度的同时,还具有优良的性能,使低密度水泥浆的成本大幅降低,水泥浆在60℃养护24 h后的抗压强度大于8 MPa,72 h抗压强度在10 MPa以上;浆体稳定性、耐压性能良好;失水量可控,稠化时间可调,满足施工要求。该体系已经应用于吉林油田,现场固井效果良好,具有推广应用前景。      

塑性低密度水泥浆体系的室内研究

利用颗粒级配技术、紧密堆积原理和纤维增韧技术原理,通过对减轻剂的粒度分析,优选漂珠、G级水泥、玻璃微珠、微细水泥以及微硅构成5级颗粒填充体系.设计出了一种密度为1.15～1.20 g/cm3的塑性低密度水泥浆.该水泥浆流动性能良好、稠度值适中、失水量小于50 mL、不沉降、无游离液、水泥石上下密度差小于0.05 g/cm3、24 h抗压强度大干9.5 MPa、48 h抗压强度大于12.5 MPa、稠化时间在240～360 min内可调、基本成直角稠化、抗冲击韧性较常规低密度水泥石提高15%左右,抗折强度提高了10%左右,弹性模量则下降了约20%.解决了长期困扰低密度水泥浆存在的浆体稳定性差、候凝时间长、早期强度低、水泥石易破碎等问题,对低压易漏地层长段封固具有重要意义.     

纳米基复合增强剂的研究与性能评价

低密度水泥浆体系常面临水泥石强度低、顶部强度发展缓慢的问题,而常规促凝早强材料虽可增加水泥石强度,但多会明显缩短稠化时间,稠化时间和强度之间矛盾突出。针对该问题,通过引入表面改性的纳米材料,搭配高效激活材料,开发出了一种“弱促凝、高早强”型复合增强剂。针对不同低密度水泥浆体系,通过控制增强剂加量、温度、水灰比、密度等变量,对该剂进行了评价实验。结果表明,纳米基复合增强剂可在对稠化时间影响较小的前提下,大幅提高水泥石的抗压强度,其中低密度水泥石顶部强度提高率可达40%以上,在不同类型低密度水泥浆体系中均有提强效果,并在长庆油田进行了应用,效果良好。      

针对裂缝性地层的低密度高强度韧性水泥浆体系研究

针对鄂南区块产层段延长组由于裂缝发育而导致的固井过程中水泥浆易漏易污染问题,以低密度、防漏、增韧为指导原则,开发低密度高强度韧性水泥浆进行下部产层段的有效封固。通过研发出塑性减轻剂,优选出适合固井用的水性环氧树脂乳液、纳米液硅,提出了环氧树脂-纳米液硅协同增强水泥石性能新方法,研发了密度为1.65 g/cm3环氧树脂-纳米液硅低密度高强度韧性水泥浆。性能测试表明,浆体失水量能控制在40 mL/30 min内,稠化时间具有较合理的时间范围,水泥石具有较高抗压强度,弹性模量不大于7.0 GPa,水泥石具有较好的弹塑力学性能,对储层的污染伤害程度低,实现了低密度、高强度、增韧目标,有利于后期储层压裂改造作业,为鄂南区块古生界天然气勘探开发提供了技术支撑。      

复杂井况固井低密度水泥浆体系

针对粉煤灰低密度水泥浆体系存在的不足,经过室内研究,开发出了适用于高水灰比条件下的粉煤灰体系稳定剂SSD和早强激活剂TSN,使粉煤灰复合低密度水泥浆性能稳定,密度在1.30～1.45 g/cm3范围内可调,抗压强度较高并具有一定膨胀性.稳定剂SSD是以海泡石这种具有高比表面积纤维状物质为主,它加入到水泥浆体系中,将发挥纤维在界面上的交联与强化作用,以提高水泥石的抗压强度并使水泥浆具有一定的触变性.实验结果表明,稳定剂SSD的加入使水泥浆的析水率有明显减少,保证粉煤灰体系在高水灰比下的稳定性,同时由于稳定剂中还含有活性成分SiO2、MgO,能进一步提高该水泥石的抗压强度以及凝结后水泥石体积有一定量的膨胀,实现水泥环与地层、套管间的良好胶结,提高固井质量.     

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.     

新型纳米油井水泥浆体系的室内研究

由于长期的注水开发,老区油田地下压力层系复杂、地层综合含水率高,对油井水泥的封固质量提出了新的挑战。利用主要成分为经过表面改性和化学接枝的纳米级氧化铁的新型多功能纳米材料(DNF)制得了纳米油井水泥浆。室内研究结果表明,DNF克服了纳米颗粒易团聚、难分散的困难,可与油井水泥干混,施工工艺简单,便于现场贮存和使用;DNF纳米水泥浆流变性能好,水泥石具有微膨胀性;与净浆相比,其15d水泥石抗压强度及界面强度分别提高了90.1%和49.3%,渗透率降低了63%;DNF水泥石的化学组成和微观形貌得到优化,缺陷减少、水化产物堆积紧密,实现了对水泥环胶结"弱界面"的改善。DNF纳米水泥浆可用于改善老油田的固井质量。