改性高铝水泥浆的负温硬化性能及其增强机制

针对负温环境下固井水泥浆水化反应减缓甚至停滞,导致固井施工难以进行的问题,开展了改性高铝水泥浆的硬化特性优化和早期强度的增强机制研究。在0,–10和–18 ℃温度下,进行了改性高铝水泥浆的凝结时间、流动度及抗压强度等性能对比试验,研究了负温环境下水泥浆关键性能的变化规律及与凝结时间调节剂SCEG之间的关系;在分析水化产物物相组成和微观结构的基础上,研究了水泥浆负温硬化机制,并通过添加石膏促进AFt生成来提高水泥石的抗压强度。试验表明:–18～0 ℃温度下,改性高铝水泥浆中添加占水泥质量0～3%的SCEG,该水泥浆可在0.3～6.0 h内硬化;该水泥浆24 h抗压强度达9.7～11.2 MPa,添加占水泥质量10%～15%的石膏后,水泥石抗压强度可提高30%左右。XRD测试发现,负温环境下水泥水化矿物主要为铝酸盐熟料而非硅酸盐熟料,产物主要为Ca₂Al(Al,Si)₂O₇、AFm、AFt及少量硅酸盐水化产物C–S–H,且AFt含量越高,水泥石抗压强度越高。研究表明,改性高铝水泥具有良好的负温硬化能力,添加适量的石膏可提高水泥水化产物中AFt的含量,有助于提高水泥石的抗压强度。      

治理环空带压的密封剂的研制与评价

针对传统水泥基材料含有固体颗粒,难以挤入并封堵,导致环空带压的水泥环微裂缝问题。以复合树脂为主要成分,通过调节固化引发剂加量控制凝固时间,优选降黏剂提高其流动性和渗透性,研制出一种无固相可室温固化的密封剂,并开展了水泥环-套管系统模拟密封剂封堵实验。由此可知,根据环境温度及固化引发剂不同,密封剂凝结时间可在1.25～20 h内调节;流动性好,黏度低至60 mPa·s;密度可由1.02 g/cm3调至1.25 g/cm3;机械性能良好,24 h抗压强度不小于18 MPa,最高可达53 MPa;水泥环-套管系统模拟密封剂封堵实验表明,密封剂治理环空带压效果良好,干燥环境下候凝24 h后可消除6 MPa以内的环空带压,潮湿环境下候凝24 h后可治理3 MPa以内的环空带压,在多种条件下提高了水泥环-套管环空密封性,可有效治理环空带压问题。      

不同钻井液对固井二界面胶结强度的影响

钻井液不仅要满足钻井工程的要求,同时还必须有利于提高固井二界面胶结质量,但钻井液对固井二界面胶结强度的影响目前尚不明确.以井楼油田、温米油田和双江油田钻井液为研究对象,研究了3种钻井液对固井二界面胶结强度的影响,探讨了相应的影响机理.室内模拟实验结果表明,井楼油田钻井液的固井二界面胶结强度最大,温米油田钻井液次之,双江油田钻井液最小.XRD和SEM测试分析结果表明,在一定范围内,随着钻井液中黏土矿物的增加,固井二界面胶结强度有减小的趋势,钻屑含量的增加也不利于固井二界面的胶结,重晶石等加重材料对固井二界面胶结强度的改善并无明显作用.     

SXJD-Ⅰ型低伤害暂堵修井液技术

为满足老油田修井需求、并兼顾储层保护,以KCl溶液为基液,通过优化屏蔽暂堵主剂、胶体保护剂及屏蔽暂堵辅剂加量,形成了SXJD-Ⅰ型低伤害暂堵修井液。室内评价表明:该修井液具有良好的滤失性和堵漏性能,暂堵颗粒可迅速被油井产出液中的油和水分解,缩短修井后的排水周期;岩心渗透率恢复率大于88.0%,较常规修井液渗透率恢复率大幅提高。SXJD-Ⅰ型低伤害暂堵修井液在胜利油田GU249井和哈萨克斯坦KKM油田301井、190井等3口井进行了现场应用,其封堵效果良好,能够满足修井作业需要,排水复产期缩短40.0%以上。研究表明,SXJD-Ⅰ型低伤害暂堵修井液的封堵和储层保护效果良好,具有推广应用价值。      

-18℃下冻土区负温水泥浆水化微观过程研究

极地冷海地区具有重要的油气勘探开发价值,但常规固井水泥浆液相水分在该地区负温环境下会分凝结冰,水化反应无法进行,导致固井工作难以开展。为此,针对极地冷海冻土区负温环境下固井水泥浆不凝固难题开发了一种负温水泥浆体系,并对比研究了其在-18℃和室温环境下水化反应微观产物的区别。实验结果表明:该体系具有优良的负温固化性能,在-18℃下0.5~3 h内固化,24 h抗压强度达3.5~9 MPa,可有效解决负温条件下常规水泥浆不固化无强度难题;微观成分测试发现,-18℃下冻土区负温水泥浆的水化程度较室温下低,但水化产物中Aft含量较室温下高,这对水泥石的机械性能起到了积极作用。      

不同条件下泥饼固化提高固井二界面胶结强度的实验研究

采用室内模拟实验方法,对不同养护温度与泥饼厚度条件下泥饼固化提高固井二界面胶结强度的情况进行了实验研究。结果表明:在养护温度为45℃的条件下,泥饼厚度为0.5mm和1.0mm时,泥饼固化后固井二界面胶结强度分别提高了230.86%～4 538.74%和757.30%～106 537.50%;在养护温度为80℃的条件下,泥饼厚度为0.5mm和1.0mm时,泥饼固化后固井二界面胶结强度分别提高了656.28%～1 979.69%和331.19%～5 258.82%。通过红外光谱测试结果,探讨了泥饼固化提高固井二界面胶结强度的主要原因,并对其影响因素进行了分析。     

自愈合水泥浆体系在四川地区的应用

针对油气井开发过程中水泥环受损产生裂缝而破坏固井封隔效果,以烃触发溶胀型聚合物为自愈合乳液粒子,形成自愈合水泥浆体系。结果表明,自愈合乳液粒子的粒径在200～250 nm,其加量为10%时水泥石吸油愈合效果及机械性能较佳;8 d内水泥石裂缝愈合率达70%～100%,2 d抗压强度为16.2 MPa,弹性模量为6 GPa;渗流实验结果表明,水泥石出现大于0.1 mm裂缝时,柴油气流速由9 g/min降至6 g/min,小于0.1 mm的裂缝时柴油流速由6 g/min可降低为0。说明自愈合水泥石一旦产生损伤,裂缝中渗入的油气分子使自愈合乳液粒子自发膨胀黏连并逐步修复闭合裂隙,裂缝越小自愈合效果越好,实现了水泥石自愈合修复功能。现场应用表明,该水泥浆体系固井质量优质率达到 88.9%,固井及压裂后技术套管均不带压,显示出良好的应用效果。      

负温早强水泥浆体系的室内实验

负温环境下常规固井水泥浆液相水分会分凝结冰,水化反应减缓甚至完全不进行,导致固井工作难以开展。针对该问题,通过对负温下水泥浆水化性能优化、凝结时间调节、流变性能评价、抗压强度测试等实验研究,确定了以质量分数20%的防冻促凝剂SCLC-1溶液为配浆溶液,改性高铝水泥为基础水硬性材料,醇氨类促凝剂TEL加量0.5%,凝结时间调节剂SCEG加量1%~3%的冻土区负温水泥浆体系。实验结果表明:该体系具有优良的负温固化性能,在?18 ℃条件下0.5~3 h内固化,24 h抗压强度达3.5~9 MPa,流变性能良好,可有效解决负温条件下常规水泥浆不固化无强度难题,满足冻土区固井施工要求。