固井水泥浆不同凝固状态时的气体窜流实验

针对气体窜流问题,设计和开展了水泥浆不同凝固状态的气体窜流实验,观察了气体窜流现象,测量了气体窜流压力,分析了气体窜流形态及窜流路径,研究了气体窜流规律。研究表明,当水泥浆凝固时间较短（120 min和180 min）时,气体窜流压力较小（低于0.05 MPa）,气体主要从水泥浆内部缓慢窜出,窜流通道尺寸总体较小但由下而上逐渐变大;当凝固时间增至200 min和220 min后,气体窜流压力增大至0.15 MPa和0.20 MPa,气体主要从内部突然大量猛烈窜出,窜流通道呈“糖葫芦”形和“裂缝”形且尺寸较大;凝固时间增至240 min后,窜流压力进一步增大至0.22 MPa,此时气体不能从水泥浆内部窜流,只能从水泥浆和井壁之间的胶结界面处窜出。建议针对水泥浆的不同凝固状态采用不同的策略来进行防窜设计。      

耐CO2腐蚀磷铝酸盐固井水泥浆的研制

针对目前固井水泥石耐CO₂ 腐蚀不足的问题,根据不同特种胶凝材料水化产物耐 CO2 腐蚀性能的差异,优选出耐 CO₂ 腐蚀好的特种胶凝材料——磷铝酸盐水泥。为了进一步改善磷铝酸盐水泥石的耐腐蚀性能,基于酸基热液反应原理,在磷铝酸盐水泥中引入磷酸盐 SHP,优化其水化产物组成和改善水泥石的耐 CO₂ 腐蚀性能。同时选用复合缓凝剂 CSB 和聚合物降失水剂 AADI 来调节耐 CO₂ 腐蚀复合固井材料的性能。结果表明,复合材料的稠化性能和失水性能可调,且性能对添加剂加量的敏感程度能够满足工程要求,具有“直角稠化”的特点,失水量能控制在 50 mL以内,静胶凝强度“过渡时间”短,具有优良的耐 CO₂ 腐蚀性能。      

水泥石动静态机械性能相关关系试验研究

水泥石机械性能对于油气井的继续钻进、采收率和寿命都具有重要意义。选择不同水泥浆体系,测量其所形成水泥石的横、纵波速度,经过计算求出其动态杨氏模量和动态泊松比;利用岩石力学三轴试验机测定水泥石静态杨氏模量和静态泊松比。分析水泥石动态和静态机械性能的相关性发现:水泥石密度与其横、纵波速度正相关;水泥石密度与静态杨氏模量和静态泊松比有很好的线性相关性,相关系数分别为0.980和-0.980;水泥石动静态杨氏模量之间有很好的线性相关性,相关系数为0.970;水泥石动静态泊松比相关性差,静态泊松比主要分布在0.10~0.12范围内。这为室内水泥石机械性能的无损测量和利用测井解释数据获取井下水泥石机械性能奠定了基础,对水泥浆体系设计、固井工程设计及固井质量评价有一定的参考价值。     

水平和倾斜井中钻屑时滞的测定

研究的目的是在实验中测定水平井眼和高角度井眼中钻屑的时滞或者滑脱速度.钻屑时滞是精确地测定钻屑源深度的一个关键部分.实验利用一个具有8 in×4 1/2in、100 ft长透明环空的流动回路在模拟的井下条件下完成.     

固井用铝酸盐水泥改性试验研究

针对铝酸盐水泥用于高温、高含CO2井固井时发生抗压强度衰退问题,分别研究了微硅、矿渣、粉煤灰、六偏磷酸钠及其复配对铝酸盐水泥抗压强度的影响.在优选10.0%(质量分数)六偏磷酸钠与7.5%(质量分数)微硅复配掺合料(ASS)改性基础上研究了碳纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维对改性铝酸盐水泥抗折强度的影响,并评价了掺0.3%(质量分数)碳纤维ASS改性铝酸盐水泥(ASSC改性铝酸盐水泥)的抗CO2腐蚀性能.结果表明:复配掺合料ASS对铝酸盐水泥各龄期抗压强度具有良好的增强作用,解决了铝酸盐水泥后期抗压强度倒缩问题;碳纤维对ASS改性铝酸盐水泥增韧效果明显,且对其抗压强度影响较小;ASSC改性铝酸盐水泥在高温、高CO2分压下长期养护50d后,其力学性能未发生衰退,并具有优秀的耐CO2腐蚀性能.     

井下复杂条件下固井水泥环的失效方式及其预防措施

固井水泥环是封固系统的薄弱环节,而了解井下复杂条件下水泥环的失效方式对于预防其失效具有重要的指导意义。为此,在考虑封固系统初始作用力的基础上,利用数值模拟和室内实验等方法研究了蠕变地应力、井下压力和温度变化等因素对封固系统应力状态及界面胶结强度的影响,进而分析了对应的水泥环失效方式,并提出了相应的预防措施：①蠕变地应力作用下水泥环的失效方式为屈服破坏,建议使用高杨氏模量和高抗压强度的水泥环来预防失效;②套管内压力升高时水泥环的失效方式为切向拉伸破坏,套管内压力降低时水泥环的失效方式为界面挤压应力降低或界面剥离,建议使用低杨氏模量的水泥环或使用膨胀水泥来预防失效;③井下温度升高时水泥环的失效方式为屈服破坏,建议使用低杨氏模量的水泥环来预防失效;④井下温度降低时水泥环的失效方式为界面挤压应力降低或界面剥离,建议使用低杨氏模量的水泥环或使用膨胀水泥来预防失效。     

不同密度水泥石和微环尺寸情况下的套管波特征

利用声波变密度测井评价固井质量时,掌握不同情况下套管波的特征有助于套管波的分析和剔除,提高固井质量评价的精度。利用实轴积分法模拟分析了不同密度水泥石、不同微环尺寸情况下的套管波时域和频谱特征。结果表明:对于正常密度水泥石,第一、二界面完全胶结时,无套管波;第一界面存在不同尺寸微环时,套管波出现且套管波频率相同,但幅度差别不大。对于低密度水泥石,第一、二界面完全胶结时,出现较小幅度套管波,且水泥石密度越低,套管波幅度越大;第一界面存在不同尺寸微环时,套管波出现且各套管波频率相同,但幅度差别不大。对于同一套管,不同密度水泥石、不同微环尺寸情况下套管波具有相同的频率。     

变温条件下泥饼对二界面胶结强度的影响

研究变温条件下泥饼对二界面封固系统的影响有助于改善二界面封隔性能。利用自行设计的二界面胶结强度实验装置测定了不同温度变化条件下,岩心表面水湿、岩心表面涂有泥饼等情况的二界面胶结强度。分析发现：温度变化时会使界面胶结强度降低,且温度变化幅度越大,界面胶结强度降低幅度越大,温度循环变化时比单次温度变化时的界面胶结强度降低的幅度更大;与岩心表面水湿时相比,岩心表面有泥饼时二界面胶结强度对温度变化更加敏感,降低幅度更大。研究结果可用于指导设计和施工,以降低温度变化对界面封隔性能的不良影响。     

固井微环空成因研究进展及解决方法

现场实践表明,固井后初期封固系统层间封隔性能良好,随后也会出现封固失效问题,分析其原因之一是固井微环空问题.文章就固井微环空问题,给出了固井微环空的广泛定义;认为微环空主要出现在固井一、二界面,水泥石体积收缩、温度变化、压力变化、工程因素等导致一界面微环空出现,滤饼存在和水泥石体积收缩等因素是导致二界面微环空出现的原因;并回顾了前人对微环空理论的研究及国内外微环空解决技术;提出通过加强对微环空形成机理研究、水泥浆体系优化、微环空自封堵水泥技术开发、相关配套工具和措施的应用来防止微环空出现或封堵微环空,为微环空问题研究及其解决指明了方向.     

变内压条件下膨胀水泥与地层机械性能的匹配

以膨胀水泥和地层作为研究对象,以维持井筒完整性为目的,利用弹性力学理论,借助有限元方法模拟分析了套管内压变化条件下膨胀水泥和地层机械性能对井筒完整性的影响,研究了两者机械性能的匹配关系。研究表明:膨胀水泥弹性模量越大,水泥环内最大米塞斯(Mises)应力越大;膨胀水泥泊松比越大,水泥环内最大Mises越小,水泥环内最大周向应力越小。地层弹性模量越大(地层越硬),水泥环内最大Mises应力越大,水泥环内最大周向应力越小;地层泊松比对水泥环内最大Mises应力和最大周向应力的影响较小。建议硬地层(弹性模量大)匹配弹性模量较小、泊松比较大的膨胀水泥,重点预防水泥环的挤压破坏;软地层且内压较小时匹配弹性模量较大、泊松比较大的膨胀水泥,重点预防水泥环的周向拉伸破坏。