聚氨酯类自膨胀防砂材料制备及性能评价

水平井裸眼防砂主要面临完井地层易坍塌,粉细砂油藏滤砂管易被堵塞,裸眼水平井砾石充填难以实现环空均匀饱和填砂等问题。针对上述问题,研制了具有形状记忆功能的聚氨酯类自膨胀防砂筛管材料,研究了驱替小样的形状记忆性能、渗透性能、抗压性能和耐酸碱性能,考察了聚氨酯筛管样件的流通性和挡砂精度。结果表明,该聚氨酯材料形状记忆功能良好,形状回复和膨胀受温度影响较大,温度越高,形状回复率越大,形状回复越快,温度达到90℃以上时的形状回复率大于99%,基本回复到初始状态;该聚氨酯材料膨胀率随温度升高而增加,最大可达400%。所制备的聚氨酯压缩材料回复至初始状态后的渗透率为180×10~(-3)数200×10~(-3)μm~2,抗压强度为1数3 MPa,耐酸碱性良好。与树脂滤砂管相比,聚氨酯筛管样件流通性差,挡砂精度高。     

多孔隙金属筛管热采防砂性能评价试验研究

多孔隙金属筛管主体挡砂层采用抗高温、耐腐蚀性能优良的金属研制而成，因其特殊的三维立体孔隙结构，筛管具有较强的通透性和过流能力，目前在常规冷采开发油气田适用性良好。为进一步评价筛管在稠油热采条件下的适应性，开展了多轮次蒸汽吞吐防砂模拟试验，模拟筛管在经过多轮次蒸汽吞吐过程中的防砂效果变化情况，分析在多轮次注采过程中筛管内外的压力、温度、出砂量和出砂粒径的变化规律。试验结果表明，经过16个轮次的高温蒸汽吞吐(蒸汽温度350℃、注入压力17 MPa)试验，筛管出砂质量分数在1.86×10^-7%～6.63×10^-6%之间，出砂粒径中值略小于筛管挡砂精度，渗透率保持能力在85.7%左右，筛管整体过流能力和抗堵塞性能保持率良好。试验结果充分证明了筛管在稠油热采油藏开发方面具有良好的防砂效果和过流性能，可为稠油热采工况下油气田防砂完井提供技术参考。     

弹性筛管防砂技术

弹性筛管防砂技术是根据稠油油藏高轮次吞吐和蒸汽驱井防砂生产需要而研制的筛管防砂新技术。进行了筛管结构优化、加厚过滤单元外罩设计、固定方式研究、弹性过滤材料筛选、防腐实验研究等。室内试验表明，筛管的过流能力在900cm^2／m以上、渗透率在100μm^2以上、筛管抗内、外压强度达到20MPa、防砂粒径在0.1mm以上、耐温350℃、pH值在3～12之间不被腐蚀。现场试验证明，该技术防砂和抗堵塞性能好，防砂有效期长，地层适应性强，施工简便，防砂生产效果明显，具有良好的应用前景。     

孤东油田注水井纤维复合防砂新技术

为了提高注水井防砂的成功率,在覆膜砂中加入经过表面处理的纤维,不但可以增加纤维固结体的挡砂性能,而且对渗透率也没有伤害。探讨了固化温度、固化时间、耐介质性、携砂液的种类和用量以及支撑剂粒径等对纤维复合防砂体的影响。纤维的加入提高了防砂体的早期抗压强度(即固化12~24h时的抗压强度),作业占井周期由原来的关井4d缩短为2d;而且纤维复合防砂体的挡砂强度可达5MPa,可以满足注水井防砂要求。该技术是一种值得进一步推广应用的防砂新技术。     

可自适应膨胀防砂筛管结构设计及防砂机理研究

在分析油层出砂机理的基础上,介绍了可自适应膨胀防砂筛管的结构组成和防砂机理。外层防护外壳起到保护内层结构和填充砾石的作用,使地层砂在管外形成"砂桥",作为初级挡砂屏障;可膨胀防砂筛网阻挡砾石在筛管膨胀过程中从防护外壳的孔隙漏失,形成第2级挡砂屏障;砾石充填层以砾石作为膨胀介质,可实现可自适应膨胀,并对原油过滤,形成第3级挡砂屏障;内支撑割缝筛管在可自适应膨胀防砂筛管的下入、起出过程中提供支撑,并防止地层砂进入中心管,形成第4级挡砂屏障。该装置综合了可膨胀筛管、砾石充填筛管和割缝筛管的防砂优点,有效地提高了防砂效果。     

降水防砂复合材料的研究与应用

针对大港油田疏松砂岩区块含水上升快、出砂加剧,常规防砂工艺技术无法解决既防砂又能有效降水的问题,研制出了一种自身可固结的颗粒型降水防砂复合材料（粒径0.3～0.5,0.5～0.7和0.7～1.4 mm）。采用正交试验进行了材料配方优选,并对优选出的材料进行了固化温度和固化时间对人工岩心固结强度和渗流能力的影响评价、耐酸碱介质性能评价和岩心稳定性评价。结果表明:该系列降水防砂复合材料适用于井温30～80 ℃的油井,人工岩心抗压强度大于3 MPa,液相渗透率0.3～0.8 μm2（根据粒径可以调节）。该降水防砂复合材料在大港油田成功实施了16井次,防砂施工成功率100%,防砂有效率93.8%,平均降水率达14.7%,取得了较好的降水防砂效果。      

形状记忆充填层膨胀后的性能测试实验

为研究形状记忆筛管在出砂井井底发生膨胀后的工作性能,对膨胀后的形状记忆充填层进行取样,通过实验分析其性能特征.结果表明:采用自主研发的聚合物复合材料制备的形状记忆充填层的岩心样品的力学性能符合温敏型材料的变化规律;不同位置的3块岩心的绝对渗透率基本相同,形状记忆充填层的均质性好;岩心的压差变化小,形状记忆充填层的抗堵塞...     

井楼油田砾石充填防砂参数优化实验研究

砾石层和机械筛管是砾石充填防砂的关键组成部分,其类型和性能决定了挡砂效果和防砂井产能。井楼油田井楼7区块油藏出砂严重,为优选砾石层充填方式和机械防砂筛管精度,使用挡砂介质性能评价装置,模拟现场条件对3种砾石层及8种不同筛管样本进行挡砂介质性能评价实验。根据动态实验数据计算得到挡砂介质的流通性能、挡砂性能、抗堵塞性能的量化评价指标,并针对井楼7区块进行了砾石充填防砂参数优选。     

油井防砂筛管适应性试验评价方法研究

防砂筛管的种类繁多,选择合适的筛管类型、确定合理的筛管参数是机械防砂工艺设计的关键。提出了针对特定区块或油井进行筛管适应性评价的试验方法和筛管性能评价方法,并给出了试验结果的数学计算方法,建立了一套油井防砂筛管适应性试验评价方法。该方法能够定量反映筛管在特定储层条件下的过流性能、挡砂性能、挡砂粒径、抗堵塞性能和综合性能,为筛管优选和参数优化设计提供了更加准确、直观的指导。实际应用表明,该方法合理可行。     

形状记忆筛管自充填防砂完井技术

针对独立筛管防砂完井无法支撑井壁、有效期短的问题,以及砾石充填防砂完井工艺复杂、易砂堵、费用高的不足,提出了利用一趟管柱实现长裸眼环空充填的形状记忆筛管完井技术。在优化设计形状记忆筛管机械结构的基础上,研究了形状记忆筛管生产工艺,研制了形状记忆防砂筛管,并对其性能进行了试验评价,形成了形状记忆筛管自充填防砂完井工艺。现场试验结果表明,形状记忆防砂筛管膨胀性能优越、能完全充填环空和炮眼,且膨胀后的渗透性好、挡砂精度高。形状记忆筛管自充填防砂完井技术施工工艺简单、能适应不规则井眼,具有很好的推广应用价值。      

弹性孔网材料的堵漏性能评价及现场应用

现有常规桥浆堵漏材料存在裂缝适应性不强、封堵层浅和堵漏成功率较低等问题。为此,优选了不同规格弹性孔网材料,进行了压缩回弹性、抗拉强度和抗温性等性能评价试验,优选了综合性能最佳的弹性孔网材料,并考察了弹性孔网材料尺寸、形状和加量对堵漏效果的影响。试验结果表明,1#弹性孔网材料的50%压缩永久变形率低于10%,抗拉强度为150 kPa,抗温能力达150 ℃,适合用作堵漏材料;正方体形弹性孔网材料可滞留在裂缝内,堵漏效果较好,尺寸为5.0 mm×5.0 mm×5.0 mm的弹性孔网材料对尺寸为5.0 mm×4.0 mm的楔形缝封堵效果最优;弹性孔网材料加量为0.08%时的堵漏效果最好。弹性孔网材料在多口井进行了现场堵漏,一次堵漏成功率达86.7%。研究表明,弹性孔网材料对裂缝性地层具有较好的适应性和堵漏效果,能够解决地层漏失问题。      

高温多功能防气窜水泥浆体系在四川盆地海相超深井中的成功应用

针对四川盆地海相高温、高压、高含硫超深气井所面临的高温水泥浆沉降、气窜、水泥石强度衰退等主要固井技术难题,基于高温高压稠化仪模拟沉降稳定性评价方法、颗粒级配原理优选体系稳定材料,采用直接测定气窜和塑性态渗透率为辅助手段的防气窜评价方法优选防气窜材料,基于乌氏黏度计法的聚合物耐温能力评价方法来优选高温缓凝剂,采用正交法测试、热重法辅助分析180℃高温养护后水泥石抗压强度,优选高温稳定剂石英砂粒径和加量,研究出水泥浆和水泥石性能良好的胶乳弹韧性和低渗透防窜水泥浆体系。结果表明,①水泥浆体系在密度为1.90~2.30 g/cm3、温度为150~180℃范围内具有良好的工程性能和应用前景,为解决该类固井技术难题奠定了基础;②加砂可缓解水泥石强度衰退,高温下,加砂量与抗压强度呈正向关系,相同加砂量下,只加细砂强度表现更优,但长期强度增加幅度不如粗砂;建议150℃和180℃时,硅砂加量分别大于35%和45%;③基于乌氏黏度计法的聚合物耐温能力评价方法能有效评价降失水剂和缓凝剂的抗高温能力,是快速筛选高温井关键处理剂的重要辅助手段;④建议进一步开展H₂S介质等酸性气体对水泥石的腐蚀评价,有利于合理设计防气窜防腐水泥浆体系。      

缝洞型碳酸盐岩油藏覆膜型体膨颗粒堵剂卡封机理微观可视化研究及注入参数优化

塔河油田属于典型的缝洞型碳酸盐岩油藏,油藏温度高达120~150 ℃,地层水总矿化度(20~25)×104 mg/L。对筛选出的耐温抗盐型体膨颗粒XN-T进行了物理覆膜,并对其膨胀性能、封堵性能进行了评价。实验结果表明,覆膜型体膨颗粒具有较好的延缓膨胀性能,24 h达到最大膨胀倍数约5倍,130 ℃下240 h的膨胀倍数仍有3.6倍;体膨颗粒在130 ℃下的封堵率达到98.4%,推荐现场使用覆薄膜的XN-T体膨颗粒。借助玻璃刻蚀微观可视化模型,研究了覆膜型体膨颗粒缝洞中的堵水机理及卡封运移的规律,并对颗粒注入参数及注入方式进行了优化。研究结果从微观尺度上证实了覆膜型体膨颗粒能在缝洞油藏的高渗孔缝中形成有效的“堆积”、“桥接”、“附着驻留”,迫使流体进入低渗小孔缝中,增大波及系数,提高采收率;体膨颗粒在储层中运移、封堵的次数越多,在多次挤压、剪切、变形作用下,封堵性能越差,第1次突破压力为0.48 MPa,后面逐渐降低,最终突破压力降为0.03 MPa。对覆膜型体膨颗粒进行注入参数优化:颗粒粒径为0.4~0.6 mm,颗粒浓度取固液比10%,推荐塔河油田现场试验采用有机覆膜型体膨颗粒+耐高温抗高盐型萘酚凝胶二元复合型深部调堵技术。现场试验采用凝胶与颗粒混注工艺,达到了增产目的。     

高性能复合型固体润滑剂的制备及研究

塑料小球是一种高效钻井液用固体润滑剂,但其承受载荷的能力和耐高温性能较差,而且成本很高.用苯乙烯和无机层状材料为原料,利用单体原位插层悬浮聚合方法制备了聚苯乙烯复合粒子,提高了聚苯乙烯的耐热性和承载能力,并进行了室内性能评价.聚苯乙烯/无机复合塑料小球的粒径较大,99%的小球粒径分布在125 μm以上,70%的小球粒径大于590 μm,远大于空心微珠,有利于减小钻具和泥饼的接触面积,大大降低了摩阻系数,起到了减摩、防卡的作用.性能评价结果表明,复合型塑料小球具有比纯聚苯乙烯塑料小球更高的软化温度和承载能力,其中聚苯乙烯/石墨复合塑料小球的玻璃化温度提高到了120℃,比纯聚苯乙烯塑料小球提高了20℃,可用作深井及新疆等工区6 000 m以上超深井钻井液固体润滑剂.     

超高温屏蔽暂堵剂SMHHP的室内实验研究

为满足超高温储层暂堵要求,开发了一种屏蔽暂堵剂SMHHP。该屏蔽暂堵剂由颗粒材料、纤维材料、弹性材料和纳米材料组成,通过利用理想充填理论确定粒径级配,优选了颗粒材料;引入高酸溶抗高温纤维,起到相互拉筋的作用,提高封堵层的稳定性;利用高温弹性材料,弥补由于材料加工工艺导致的颗粒不规则造成的级配不合适,提高粒径级配效果;利用纳米材料,对架桥填充后留下的小孔隙进行精细封堵,提高封堵层的致密性。将上述材料通过合理配比,开发出了适用于超高温储层的屏蔽暂堵剂SMHHP。该暂堵剂具有对钻井液流变性影响小、抗温性高、封堵性强、暂堵效果好、酸溶率高的特点,抗温可达200℃,0.2 mm裂缝承压大于7 MPa,砂粒为0.28~0.90 mm的砂床侵入深度小于3 cm,岩心渗透率恢复值达到93.9%以上,酸溶率大于82.1%,可在超高温储层段使用,起到保护油气层的作用。      

高温地层钻井堵漏材料特性实验

深井高温地层堵漏技术对堵漏材料的抗/耐温能力、抗压强度和沉降稳定性等提出了更高要求。针对高温地层钻井堵漏技术难题,基于220℃高温老化质量损失率、粒度降级率、抗压破碎率、抗压弹性变形率、摩擦系数变化率、纤维断裂强度保持率等技术指标,借助扫描电镜观察堵漏材料高温老化前后微观结构变化,评价了常用的有机植物类、有机聚合物类和无机矿物类堵漏材料的基本抗温能力,揭示了高温老化性能下降机理。利用自制的高温高压裂缝封堵模拟实验装置,探讨了高温封堵层失稳破坏机制。实验优选出抗220℃高温的微细填充颗粒、弹性变形颗粒和片状填塞颗粒等3种堵漏材料;基于耐热高分子和无机矿物材料,自制了抗高温高强度低密度的刚性架桥颗粒、抗高温高强度纤维类两种新型堵漏材料。基于强力链网络结构的致密承压封堵基本原理,通过不同类型抗高温堵漏材料的复合协同作用,优化得到了针对不同裂缝开度的抗高温致密承压封堵工作液配方,其承压能力≥ 10 MPa,沉降稳定性好,酸溶率高,可用于解决高温地层或储层钻井堵漏技术难题。     

提高水泥胶结强度的套管黏砂技术研究

为提高固井水泥胶结强度,对黏砂套管—水泥环间各界面进行强度校核,建立黏砂套管水泥胶结强度计算模型,分析胶结剂厚度与砂粒半径的比值、黏砂密度、胶结剂抗剪切强度及水泥环抗压强度等因素对水泥胶结强度的影响。研究结果表明:当胶结剂厚度和砂粒半径的比值为1时,黏砂套管水泥胶结强度最大,且在其他条件不变时,胶结剂厚度和砂粒半径的比值相同,对应的黏砂套管水泥胶结强度也相同;在临界黏砂密度内,黏砂套管水泥胶结强度与黏砂密度和胶结剂抗剪切强度呈线性增长关系;当水泥环抗压强度小于胶结剂抗拉强度时,黏砂套管水泥胶结强度为与胶结剂抗拉强度相关的定值,当水泥抗压强度介于胶结剂抗拉强度和1.5倍胶结剂抗剪切强度之间时,黏砂套管水泥胶结强度随水泥环抗压强度增大而增大,当水泥抗压强度大于1.5倍胶结剂抗剪切强度时,黏砂套管水泥胶结强度为与胶结剂抗剪切强度相关的定值。因此,当胶结剂厚度和砂粒半径的比值为1、黏砂密度为80%、胶结剂中添加质量分数为13%的四乙烯五胺固化剂及水泥环抗压强度大于1.5倍胶结剂抗剪切强度时,黏砂套管水泥胶结强度可达最大值。     

形状记忆聚合物型温控膨胀堵漏剂SDP制备技术

利用温度触发型的形状记忆材料制备温控膨胀堵漏剂,以实现堵漏液在裂缝中感应温度下的膨胀架桥。探讨了基于形状记忆聚合物型的温控膨胀堵漏剂制备工艺技术,利用低聚物树脂单体与不同高温交联剂在催化剂作用下,经不同温度和时间加热交联固化,脱模后热压成型以储备形变记忆功能,冷却后造粒制得。温控膨胀堵漏剂SDP,该堵漏玻璃化激活温度可调,粒径可调,抗拉强度大,高温高压膨胀量较大,在150 ℃、20 MPa老化后D₉₀粒度增长率为44.71%～54.17%,能自适应裂缝架桥堵塞,经挤压变形,能够提高堵漏液的滞留能力和承压能力。      

水平井泡沫固砂体系研究

通过单因素法，研制出低密度、稳定性好、流变性好的水平井用化学固砂体系，配方为:0.4%AOS+3%固相微粒泡沫稳泡剂+8%固化剂+0.3%偶联剂+60%环氧乳液；对泡沫固砂体系的固砂性能进行了综合评价，并考察了固化温度、固化时间、砂粒粒径等对固砂性能的影响，结果表明泡沫固砂体系在60~90 ℃范围内均具有较好的固砂效果，固结体的抗压强度可达到9.5 MPa；对固结体的耐介质性进行了考察，发现其具有较好的耐酸、耐碱、耐油和耐水性能，体系适应性良好。