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.     

合平4 致密油水平井韧性水泥浆固井技术

长庆油田延长组由于致密油层物性差、孔隙度和渗透率低,开采难度较大,因此需采用长水平段的大型压裂技术才能获得产能。普通水泥石是多孔、脆性大的材料,大型体积压裂易致水泥石破裂。为了提高水泥环抗冲击能力,确保水泥环的层间封隔能力,研制开发了以增韧材料DRE-100S和乳胶粉DRT-100S为主剂的韧性水泥浆体系,该体系的24 h抗压强度为22.9 MPa,弹性模量相比普通水泥石降低30%以上,实现了水泥石"高强度低弹性模量"韧性改造,增强了水泥环在动态冲击条件下的层间封隔能力。该体系成功应用于长庆油田合平4井φ139.7 mm生产套管固井,固井质量优质,可以推广应用。     

提高水泥层间封隔能力的低密度弹性密封水泥浆性能评价

在现有的固井水泥浆技术条件下,保障井筒完整性长期稳定面临挑战,尤其是常规低密度水泥浆,射孔后水泥石的完整性遭到严重破坏,造成密封失效,水泥石与套管及井壁间的胶结质量差,易发生窜槽等问题。针对上述问题,以环氧树脂和酸酐类固化剂为原料制得弹性剂（RES-1）,并用液体纤维提高水泥石的强度和韧性、纳米液体减轻剂改善水泥浆沉降稳定性。室内对低密度弹性密封水泥浆展开了综合性能评价。结果表明,RES-1可降低水泥石的弹性模量,提高水泥石的形变能力,最优加量为10%。低密度（1.5 g/cm3）弹性密封水泥浆体系具有良好的流变性,失水量小于50 m L,线性膨胀率达到0.45%,可有效抑制微环隙、微间隙的产生。低密度弹性密封水泥浆具有较好的致密性、柔韧性和弹性形变能力。与普通低密度水泥浆相比,其渗透率和弹性模量分别降低了69.5%和78.4%,抗压强度和抗折强度分别提高了61%和87.9%。低密度弹性密封水泥浆可以有效提高水泥环的长效封隔能力,改善固井质量。     

基于损伤力学变内压条件下水泥环密封完整性模拟

针对变内压条件下水泥环密封完整性失效问题,基于连续损伤力学理论,采用同时考虑水泥石损伤和屈服后应力—应变关系的塑性损伤本构模型来描述实际水泥石的全应力—应变力学性能,研究了水泥石力学性能对密封完整性的影响。研究结果表明,向常规水泥浆中加入弹韧性材料形成弹韧性水泥,降低了水泥环弹性模量,既可以预防微间隙形成和减小微间隙尺寸,又可以预防和减少水泥环拉伸破坏。但并非弹性模量越低,弹韧性水泥密封完整性越好,密封完整性还与水泥环拉压弹性变形性能有关,同等情况下水泥环最大拉压弹性应变越大,其密封完整性越不容易失效。建议根据水泥环的弹性模量和拉压全应力—应变关系来评价水泥环密封完整性。研究结果为水泥环密封完整性评价和水泥石力学性能优化提供了一定依据。     

基于损伤力学变内压条件下水泥环密封完整性模拟

针对变内压条件下水泥环密封完整性失效问题，基于连续损伤力学理论，采用同时考虑水泥石损伤和屈服后应力—应变关系的塑性损伤本构模型来描述实际水泥石的全应力—应变力学性能，研究了水泥石力学性能对密封完整性的影响。研究结果表明，向常规水泥浆中加入弹韧性材料形成弹韧性水泥，降低了水泥环弹性模量，既可以预防微间隙形成和减小微间隙尺寸，又可以预防和减少水泥环拉伸破坏。但并非弹性模量越低，弹韧性水泥密封完整性越好，密封完整性还与水泥环拉压弹性变形性能有关，同等情况下水泥环最大拉压弹性应变越大，其密封完整性越不容易失效。建议根据水泥环的弹性模量和拉压全应力—应变关系来评价水泥环密封完整性。研究结果为水泥环密封完整性评价和水泥石力学性能优化提供了一定依据。     

增韧纤维水泥浆在胜利油田小间隙井的应用研究

为解决胜利油田开发中后期小间隙固井中存在的诸多问题,从水泥石的弹性和韧性等方面开发出了增韧纤维水泥浆。优选出了增韧纤维,评价了增韧纤维对水泥浆流变性、稠化性能、降滤失性能以及与其他添加剂配伍性能的影响。同时研究了纤维对水泥石的力学性能、渗透率、泊松比和弹性模量以及胶结强度的影响。结果表明,增韧纤维在适宜的加量和长度范围内对水泥浆流变性、稠化性能、失水性能的影响不大,但对水泥石的力学性能影响显著;在小间隙固井中,使用增韧纤维可以改善水泥环的韧性和弹性,防止窜流发生;增韧纤维水泥石的韧性(抗折强度)较原浆水泥石明显提高。该水泥浆体系在23口小间隙井或漏失井进行了应用,解决了现场固井技术难题。     

储气库固井用油井水泥增韧材料的优选与应用

针对储气库生产对水泥石韧性的特殊要求,优选了粒径为0.15~0.18 mm经表面改性的橡胶粉作为弹性材料,聚丙烯纤维作为增韧材料,通过实验确定弹性材料和增韧材料的最佳加量分别为3.0%和0.1%,并配合使用PVA胶乳类降失水剂,改善水泥石脆性,提高耐冲击能力及抗折能力,满足水泥环频繁高压注采条件下的长期密封性。综合评价了增韧水泥石的弹性模量、抗折强度、抗压及胶结强度、渗透率及应力条件下水泥环密封性,与净浆水泥石相比,弹性模量降低了43%,抗折强度增加了84.6%,渗透率小于0.05 mD,能够满足35 MPa压力、35℃温差下的水泥环密封性要求,适用于储气库固井。      

彭水区块页岩气水平井固井技术研究与应用

为了提高页岩气水平井固井质量,满足分段压裂需求,结合彭水区块固井技术特点,对水泥浆体系和固井工艺进行了研究。针对页岩气压裂需求,研究固井技术对策,并开展数值模拟,分析了压裂过程水泥石受力状态,形成降低弹性模量和提高水泥石抗拉强度的改性要求。利用力学分析结论,优选SFP弹塑性水泥浆体系,弹性模量降低50%,抗拉强度提高50%,满足分段压裂水泥石力学性能要求。为提高顶替效率,优选弹性扶正器及安放方案,利用高效溶剂型冲洗液体系和冲洗技术,以提高固井质量。水泥浆体系和工艺技术在彭水区块4口井开展应用,目的层固井质量胶结中等达到96%以上,压裂施工过程未见层间窜现象。     

水乳树脂改善油井水泥石力学性能研究

油井水泥石存在收缩大、脆性高的固有缺陷,易形成微间隙而导致地层流体互窜,造成油气采收率降低与油井寿命缩短。通过向G级油井水泥中掺入水乳树脂对其进行改性,同时掺入硅灰及矿渣微细粉,制得了固井防窜用弹性密封水泥石。对该水泥石力学性能测试结果表明,水泥石韧性显著增强,脆性降低,力学形变能力大幅提高。     

准噶尔盆地吉木萨尔致密油水平井固井技术探讨

通过从完井管柱下入、水平井固井水泥浆及配套固井技术等几方面开展软件模拟分析,配方优化研究,配套固井技术优选等致力于解决吉木萨尔致密油区水平井固井的主要技术难题,经现场应用验证,形成适用于该区块的水平井固井技术。下套管前充分循环洗井并最终采用三扶正器通井保证井眼稳定、顺畅、平滑;造斜段、水平段套管串合理安放刚性扶正器特别是滚轮扶正器有利于有效提高套管居中度及降低套管下入摩阻;通过优化固井施工参数,采用变排量注水泥及替浆,改善注替流态,辅助采用除油前置液及套管漂浮技术有利于提高顶替效率;弹性颗粒加入水泥浆配方进一步增加水泥石弹性韧性,有利于在保证强度要求下降低水泥石弹性模量,适应大型压裂对水泥石强度及韧性要求。     

储气库注采管柱静、动力学安全性评价及软件开发

在储气库高速交变注采的特殊工况下,注采管柱的力学强度安全性将变得非常复杂。为了准确方便地评价注采管柱的力学强度的安全性问题,开展了储气库注采管柱静、动力学安全性评价研究,并开发了相应的评价软件。首先,根据注采管柱的实际结构和受力特点,建立了封隔器对管柱作用力的计算模型和注采管柱振动的有限元模型,通过模态分析,研究了带封隔器管柱的固有频率和振型;在模态分析的基础上,对储气库注采管柱进行了瞬态动力学研究,分析了距封隔器不同距离管柱的振动位移、速度和加速度的变化规律;根据不同时刻管柱的轴向力和应力分析,计算得到了注采管柱的动力学安全系数;最后,开发了储气库注采管柱静、动力学强度安全性评价软件,该软件包括数据库模块、管柱静力学分析模块、管柱动力学分析模块和管柱安全性评价模块,为储气井注采参数的优化或优选以及注采管柱安全的运行提供参考。     

四川盆地页岩气井水平井段的固井实践

页岩气藏水平井固井要求水泥环不仅要有很高的强度,还要有较好的韧性,使之能满足大型分段加砂压裂增产作业对水泥环层间密封的要求。为此,针对性地开展了增韧材料的优选和高效冲洗剂的研制,先导性试验的3口井均采用了以下主要措施：①应用自主开发的增韧材料,配制出密度达1.95 g/cm³的增韧水泥浆,实验结果表明,该水泥石抗冲击韧性超过常规水泥石20%、抗折强度提高了10%～15%、弹性模量则下降了约20%,显示出良好的增韧性能;②自主开发的油基介质下高效冲洗液,能在短时间内改变套管及井壁的润湿性,室内试验结果表明,该冲洗液对界面冲洗效果超过90%,达到了有效清除套管及井壁残留油泥、隔离油基钻井液与水泥浆的效果;③集成应用川渝地区旋流刚性扶正器、漂浮顶替等成熟固井技术实现水平井段有效顶替。纳入试验的3口井固井质量均满足了后期增产作业的技术要求,为页岩气藏水平井固井提供了技术支撑。     

水平井柱塞气举排液技术在长庆气田的应用

截至2017年底,长庆气田投产水平井1326口,低于临界携液流量的气井占比37.7%,积液问题凸显。针对长庆低渗透气田水平井存在井斜角过大、井下工具投放困难的技术难题,开展了水平井柱塞气举技术研究。根据长庆低渗透气田水平井管柱结构特点,提出了“自缓冲柱塞与井下单流装置接力式举液”的技术思路,实现了柱塞举升与气井依靠自身能量举升的有机结合,并研发设计了适用于大斜度井段的单流装置、自缓冲柱塞。截至2017年底,在33口井进行了现场应用,平均日增气0.93×104 m3、日增液0.86 m3,应用效果良好。该研究为长庆低渗透气田水平井排水采气提供了一种行之有效的技术手段。     

纳米钻井液提高地层承压能力实验

地层岩石通常存在胶结面疏松、微裂隙发育等特征，在正压差的水力劈尖作用下容易形成诱导裂缝，进而发生井漏。因此，避免诱导裂缝的形成从而达到防漏效果是防漏钻井液技术的研究重点。利用人造岩心模拟地层岩石，采用自制的YLCS-1小型压裂测试装置来检测地层的承压能力，针对不同纳米水基钻井液对地层封堵承压情况进行了探讨。实验结果表明，纳米材料对钻井液性能影响不大，但对岩石的漏失压力具有显著影响，能够提高岩石承压能力达3 MPa。纳米材料配合乳化沥青与聚酯微米颗粒能够进一步提升地层漏失压力，说明利用纳米材料可以实现物理堵塞、填充微裂隙并在井壁上形成有效封隔层，提高井壁岩石强度并阻碍流体侵入地层，有利于提高地层承压能力，对于防止井漏具有积极意义。     

稠油油藏反九点井网非活塞水驱平面波及系数计算方法

为更准确迅速地计算稠油油藏反九点井网水驱波及系数,更有效地进行井网评价,根据正方形反九点井网的对称性,将其划分为2个对称的渗流单元,从非达西渗流出发,运用流线积分法推导了既考虑启动压力梯度又考虑油水黏度比的普通稠油油藏正方形反九点井网非活塞式水驱平面波及系数计算公式。利用该公式分析了启动压力梯度和注采参数等因素对普通稠油油藏正方形反九点井网水驱平面波及系数的影响,进而对哈萨克斯坦NB常规稠油油藏现有井网进行了评价,并提出井网调整方法。研究结果表明:减小井距或增大注采压差能有效增大常规稠油油藏平面波及系数,油藏的启动压力梯度越大,注采压差和井距大小对平面波及系数影响就越明显。     

哈山101井火成岩地层空气锤钻井技术

准噶尔盆地哈山地区火成岩岩石坚硬、研磨性强、可钻性差,采用常规空气/泡沫+牙轮钻井技术存在着单只钻头进尺少、井斜增长快等技术难题。首先分析了空气锤结构特点、破岩机理及其在火成岩中的适应性,指出采用以冲击动载为主、剪切破碎为辅的空气锤钻井技术钻进火成岩,较常规气体钻井方式具有明显的防斜打快技术优势。在邻井空气锤钻井试验基础上,通过优化空气锤复合结构钻头齿材料与气流布局,改进空气锤保径结构与防掉机构设计,并且建立了空气锤钻井的钻压、转速、耗风量及风压等参数计算方法,形成了火成岩地层空气/雾化+空气锤钻井技术。经在哈山101井火成岩中进行现场应用,在保证井斜始终控制在1°以内情况下,单只空气锤平均进尺367.86 m,较邻井提高了56%以上,取得了显著的应用效果,为今后准噶尔盆地火成岩地层防斜打快提供了一种有效手段。     

矿物纤维低密度水泥石力学性能研究

目前低密度水泥石多存在韧性不足、抗拉强度、抗折强度低等问题,给低密度水泥浆在深井、超深井井筒完整性带来忧患,因此改善低密度水泥石力学性能具有重要的意义。通过考察抗压强度、抗拉强度、抗折强度、弹性模量,对新型材料玄武岩纤维和目前现场常用的聚丙烯纤维改善水泥石力学性能的效果进行了对比。结果显示:在较低加量范围内玄武岩纤维对水泥浆流动性影响不大,可以和聚丙烯纤维一样显著降低水泥浆API失水和自由水含量,提高水泥石的抗压和抗折强度,显著提高水泥石的抗拉强度,在掺量为0.5%时可使水泥石抗拉强度提高50%;同时可以降低水泥石弹性模量,提高水泥石的韧性。玄武岩具有较好的经济适用性,在油气井固井中有较大的开发应用潜力。     

巴彦河套盆地复杂储层固井技术

巴彦河套盆地储层低成熟度、高渗透、低强度、高泥质含量特性显著,井壁岩性水敏性强,地层不稳定而易垮易漏,固井面临井深、封固段长、顶替效率低、界面胶结差和后期压裂对水泥环力学性能要求高等技术难题,采用界面增强材料DRJ-2S、膨胀增韧材料DRE-4S等固井关键材料,形成了综合性能良好的DRJ-2S批混批注固壁型冲洗隔离液和DRE高强度韧性微膨胀水泥浆体系。研究表明,DRJ-2S批混批注固壁型冲洗隔离液的冲洗效率达96%以上,较清水提高30%以上,且密度为1.60 g/cm3隔离液的7 d抗压强度为9.6 MPa,可明显提高混合流体抗压强度及水泥环界面胶结强度;90℃、21 MPa下,掺有（4%～6%）DRE-4S的高强度韧性微膨胀水泥浆的抗压强度不小于24 MPa,弹性模量不大于7 GPa,线性膨胀率不小于0.02%,具有较强的力学交变适应性。DRE高强度韧性微膨胀水泥浆体系、DRJ-2S批混批注固壁型冲洗隔离液及配套固井工艺技术在巴彦河套盆地规模应用40多井次,平均固井合格率为96.5%以上,推动了该地区整体固井质量大幅提升,为复杂油气井安全高效开发提供了强有力的技术保障,且具有很好的推...     

抽油杆柔性减磨器的研制与应用

冀东油田近年来采用多种防偏磨技术并取得一定效果,但大斜度抽油泵井的检泵周期短、作业和材料更换成本增加的问题仍然很严重。通过建立抽油杆杆柱的力学模型进行受力分析研究,用柔性抽油杆取代常规抽油杆可减小杆柱所承受的摩擦力,进而研制了抽油杆柔性减磨器,该工具的上下2部分可以做小角度的相对转动。通过在抽油杆杆柱上加入抽油杆柔性减磨器,使杆柱在运动过程中与油管管柱轴线方向保持一致,减轻了杆管蹩劲现象,减小了抽油杆所受到的摩擦力。现场应用结果表明,该技术应用300 d,偏磨损坏的油管和抽油杆的长度由原先的各200 m分别减少到0.15 m、0 m,大幅度减少抽油机井杆管偏磨及因偏磨导致的检泵作业次数及作业和材料更换费用。