养护环境对漂珠微硅类低密度水泥石抗压强度的影响

应用漂珠微硅类低密度水泥体系固井是解决低压易漏层段和长封固段固井作业难题的主要手段,但是对其高温高压强度发展规律尚缺乏系统的理论分析和实验评价。在分析颗粒级配原理、利用激光粒度测试仪及配伍性实验方法优化低密度水泥体系配方的基础上,利用抗压强度实验方法研究了不同养护环境对漂珠微硅类低密度水泥石试件强度的影响规律,并与嘉华G级水泥基浆水泥石高温强度进行了对比。最后从化学成分、颗粒级配及搅拌方法等角度对实验结果进行了原因探析。结果表明:养护环境对低密度体系抗压强度的影响规律明显不同于基浆,漂珠微硅类水泥体系具有一定的抗高温强度衰退特性,良好的紧密堆积效应使养护压力对体系强度影响程度较小。     

微硅-漂珠复合低密度水泥浆体系在松南地区的应用研究

根据颗粒级配原理优化了水泥、微硅和漂珠的分布,研制出了微硅-漂珠复合低密度水泥浆体系,该体系具有流变性好、稠化时间及稠化过渡时间短、静胶凝过渡时间短等特点.在松南地区4口井的应用证明,该水泥浆体系适合松南地区的地质特点,能满足该地区的固井要求,固井优质率达95%,社会效益和经济效益非常显著.     

超低密度高强度水泥浆体系的研究

以颗粒级配原理和紧密堆积理论为理论依据,以嘉华G级高抗硫油井水泥、漂珠和微硅等为基本原料,通过复配水泥、漂珠、微硅等不同粒径的微细颗粒,配制出密度为1．10-1．50g／cm^3的超低密度水泥浆体系,使该水泥浆体系具有密度可调范围广、稳定性高、流动性好、水泥石体积无收缩、抗压强度高、抗高温性能稳定、渗透率低等优点,为低压易漏失井、煤层气井以及浅层油气井等的成功固井施工提供了保障,并具有良好的经济效益和环保效益。     

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。     

早强低密度水泥浆体系提高低压易漏井固井质量

川西南部地区储层段地层压力系数低,采用常规密度水泥浆固井作业时易产生漏失,造成储层伤害,降低油气井产能,且固井质量难以保证,影响后期井筒完整性。为此,采用颗粒级配技术,利用不同密度不同粒径微硅（2.16 g/cm³、0.1 μm）、漂珠（0.7 g/cm³、45～300 μm）等外掺剂与水泥进行复配,研制了一套密度介于1.25～1.40 g/cm³的早强低密度漂珠水泥浆体系。该水泥浆体沉降稳定性良好,上、下密度差小于0.03 g/cm³,稠化时间可调,稠化过渡时间最长15 min,最短5 min,失水小于50 mL,48 h抗压强度大于10 MPa,有效地保障了低压气井的平衡压力固井作业,加入复合纤维的早强低密度漂珠水泥浆增加了水泥石的塑性,从而提高了低压易漏失产层段的固井质量。     

高强增塑低密度水泥浆体系研究

常用的低密度水泥浆体系在低压易漏地区固井存在强度低的缺陷,油气勘探开发对低密度水泥浆体系提出了更高的要求。研究开发了以漂珠、水泥颗粒、微硅颗粒和颗粒级配增强剂为主构成的4级颗粒填充结构及与之配套的增韧复合纤维构成的高强增塑低密度水泥浆体系,对水泥石强度、水泥环抗冲击能力、水泥浆性能、浆体稳定性进行了室内实验。实验结果表明,水泥浆具有流变性能好、失水量小、稠化过渡时间短的优点,可显著提高低密度水泥石的综合强度、水泥浆的稳定性和防窜能力,与其他外加剂也有良好的配伍性。在胜利油田及川东北地区进行了现场应用,效果良好,为解决当前低压易漏井的固井问题提供了一个可行的途径。     

低压漏失井固井水泥浆体系的研究

以紧密堆积和粒级级配理论为基础,研究出了性能较好的微硅-漂珠低密度水泥浆体系.实验选用60目(0.250 mm)漂珠作为减轻剂.该低密度水泥浆体系中加入堵漏材料形成了对孔道和缝隙具有较好封堵效果的堵漏低密度水泥浆体系,其基本配方为:嘉华G级水泥(JHG)+30%漂珠(PZ)+20%微硅(WG)+4.67%早强剂+2.8%降失水剂+1.67%减阻剂+70%水+0.4%堵漏材料(CDJ-2).经室内测试表明,该体系密度为1.38 g/cm3,API失水量为16 mL,48 h抗压强度为13.2 MPa,具有良好的堵漏效果.     

超高温超高密度防气窜水泥浆

针对超高温超高密度水泥浆设计中难于协调的超高密度与高强度、良好流动性与浆体稳定性的矛盾问题,利用粒度级配原理建立了以水泥为水化胶凝材料和颗粒表面存在吸附水化膜的三级颗粒紧密堆积粒度级配新模型,并应用该模型通过室内优化和添加剂优选实验,实现了以还原铁粉和铁矿粉加重、硅粉热稳定和微硅充填的双三级颗粒级配的组配加重,进行超高密度水泥浆的实验优化。开发出了抗温达200℃,密度达2.82 g/cm3的超高密度防气窜水泥浆体系。室内评价结果表明,该体系综合性能协调良好,防气窜能力强,说明所建立的三级颗粒级配新模型和应用该模型采用双三级颗粒级配进行超过密度水泥浆实验设计的可靠性和实用性。     

微细水泥／漂珠低密度水泥浆体系的研制

利用颗粒级配和紧密堆积理论，制备了密度为1．20～1．30g/cm^3的微细水泥／漂珠低密度水泥浆体系。确定了其最佳配方：微细水泥与G级油井水泥质量比为1：1，微硅加量6．0％，降失水剂SZ1—2加量1．5％，早强剂CK21加量2．0％，分散剂SXY加量1．4％，漂珠加量30%-60％，空心玻璃珠加量10％～20％，水灰比0．58—0．62。在50℃下，考察了该低密度水泥浆的抗压强度、失水性、流变性等，结果表明，该体系具有早期强度高、稳定性好、稠化时间可调等优点，适用于低压易漏地层及超长封固段的固井施工。     

低密度高强度防气窜水泥浆体系的研制及应用

基于紧密堆积和颗粒级配理论,研制了一种以工业漂珠为减轻剂、以超细胶凝材料为增强剂的新型低密度、高强度防气窜水泥浆体系。该水泥浆体系已成功应用于蓬莱193油田Ⅰ期工程固井作业,实现了对浅层气的有效封固。文中阐述了所研制水泥浆体系的设计原理,介绍了现场应用情况,并讨论了应用中有待进一步完善的问题。     

新型低温固井早强剂性能研究

针对浅层低温导致水泥浆强度发展缓慢的问题,通过分散-共沉淀法制备了一种新型低温固井早强剂ES-22,并对制备早强剂的粒径及微观结构进行分析。比较了在低温条件下,新型早强剂ES-22与其他无机早强剂对水泥浆强度发展的影响,并研究了新型早强剂不同加量对水泥浆性能的影响规律。研究表明,制备的早强剂ES-22粒径主要集中在15～25μm之间。与其他早强剂相比,新型早强剂ES-22对水泥石早期抗压强度提升最大,且制备的早强剂在低温环境下对水泥石力学性能提升更大。早强剂掺入水泥浆中对水泥浆流变性影响不大,稠化时间无大幅度缩短,失水量降低。在20℃下养护24 h后,含4%早强剂水泥石的抗压强度和抗折强度比空白水泥石分别提高了204%和136%。新型早强剂在固井水泥浆中有很好的应用效果。     

DFC非漂珠低密度水泥浆体系实验研究

常规漂珠的批量生产受到限制，且漂珠低密度水泥存在高压体积收缩等问题，为此，进行了非漂珠低密度水泥浆体系研究。以颗粒的合理级配及紧密堆积为理论基础，通过水泥石抗压强度、水泥浆沉降稳定性及超声波实验优选了FC-1、FC-2、FC-3及FC-4低密度水泥外掺料，并通过合理的外掺料配比及优选低密度水泥浆配套外加剂进行失水、水泥浆稠化及地面模拟等试验，研制出密度为1.40～1.50 g/cm3的DFC非漂珠低密度水泥浆体系，该体系具有高强度、抗高温衰退等特点，能够替代普通漂珠低密度水泥浆在油井固井中应用，其整体性能满足油田固井及后期开发的需要。地面模拟试验表明，常规的干混设备能够满足该体系的均匀混拌需求，该体系具有良好的施工可行性。     

低密度水泥浆固井质量评价方法探讨

随着低密度水泥浆固井技术的广泛应用,现有固井质量评价标准已经不能满足要求,因此有必要在充分研究各影响因素的基础上对现有固井质量评价方法进行修正。通过分析井下声场,建立了套管井井下声场模型,结合各因素对水泥石声学特性的影响及固井质量评价标准的制订依据,提出了固井质量评价标准改进方法,并给出了改进条件下固井质量评价标准的操作步骤。通过对比改进条件下与常规条件下的测井响应差异,得到改进后的固井质量测井评价指标。拟合了不同密度下声幅幅值的函数方程,且各方程相关系数均大于0.93。对比拟合方程线性系数发现,微硅低密度水泥浆体系的拟合系数大于漂珠微硅复合低密度水泥浆体系,拟合系数最小的为粉煤灰低密度水泥浆体系;候凝达48 h时,声幅上限各系数分别为20.74,19.15和18.82,声幅下限各系数分别为20.85,14.81和12.96。各低密度水泥浆体系的固井质量评价指标均随密度增大而减小,且具有很强的线性相关性,改进后的评价标准能根据水泥浆种类及其密度值准确地计算出评价指标,该方法对固井质量评价标准的改进具有很强的指导意义。      

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文章以一种广泛应用的天然类火山灰为主要减轻材料，辅以其它硅质材料，根据粒度级配和优化原理，配合新开发的早强剂，设计出密度可在1.35～1.60 g/cm3范围内变化，适合低压易漏地层固井作业的新型低密度水泥浆体系。室内实验表明：该体系具有悬浮稳定性强、滤失量低、水泥石早期抗压强度较高、成本低廉、且浆体密度受压力影响较小等特点。克服了常规低密度水泥浆早期强度低和漂珠低密度水泥浆体系受压力影响较大的缺点，具有良好的工程应用前景。     

长封固段一次注水泥固井技术研究与应用

以微硅、粉煤灰、硅藻土等活性材料及激活剂CK21制成的油井水泥活性外掺料SP-1，与其他水泥外加剂一起使用，配制成SP-1水泥浆体系，活性材料的加量在2.5%~3.0%。研究了SP-1在不同温度下对水泥浆的促凝、增强性能以及加量对水泥浆各项性能（稠化时间、抗压强度、析水、流动度等）的影响。结果表明：该活性材料对调节水泥浆低温下的性能使之在复杂井中的性能趋于一致。实验表明：该水泥体系能提高水泥石两界面的胶结强度，有较短的凝结时间；良好的直角稠化性能和触变性。因此，具有良好的防漏失、防气窜（侵）性能。在四川地区4口不同井深的油气井现场应用取得良好的效果。     

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。      

川渝气区“三高”气井固井技术研究

为解决川渝气区"三高"(高压、高含硫、高危)气井固井难题,在分析其固井技术难点的基础上,通过对水泥腐蚀机理的分析,提出采用水泥浆不同配料组分的颗粒粒径合理级配来优化设计水泥浆的方法。据此,经过实验筛选出漂珠低密度水泥和纤维—胶乳—微膨胀水泥两套具有高强度、良好流变性并能形成低渗透致密水泥石的防腐水泥浆体系。从井眼准备、固井井下工具、提高注替效率、固井漏失补救、压稳等方面研究了提高固井质量的措施。现场应用结果表明,该固井技术的固井合格率和优质率都得到了明显提高。形成了一套川渝气区"三高"气井各层段套管固井技术和配套工艺技术,可用于指导生产,能够保证"三高"气井的固井质量。     

粒子冲击钻井中粒子回收技术研究

粒子冲击钻井技术中的回收系统是一套独立于原钻机所配套的固相控制系统,主要目的是回收钻井液中粒子并实现粒子的循环使用。通过粒子注入量和岩屑量的计算得出粒子冲击钻井过程中粒子量比岩屑量多。通过粒子筛分试验和磁选机室内试验,选用湿式磁选机作为粒子与岩屑的分离设备,同时选用脱磁机作为粒子的去磁设备。基于粒子回收技术的整体分析,构建了完整的粒子回收方案,设计了粒子回收技术装备的整体安装、连接三维图。针对粒子易生锈的特点,采用水基防锈剂作为粒子储存与保护的方法。