油基钻井液混浆对水泥浆性能的影响

针对固井时油基钻井液与水泥浆混合发生接触污染,会造成混浆段流变性变差和抗压强度降低这一问题,文章对接触污染的机理进行了分析和讨论,比较了掺入油基钻井液前后的水泥浆性能,并利用环境扫描电镜、X-射线衍射仪、红外光谱和扫描电镜对比了掺入前后水泥浆的物相、水化过程和微结构。研究结果表明,接触污染的机理在于油包水乳化钻井液中的乳化剂在水泥浆中产生了渗透压现象和破乳作用,渗透压现象可造成水泥浆中的自由水通过半透膜迁移入钻井液中的盐水相中,导致水泥浆流变性能急剧恶化;破乳作用可造成乳化剂在混浆中的游离,游离乳化剂会包裹油相于水泥颗粒上导致水泥石产生蜂窝结构,强度严重下降。     

油基钻井液组分对水泥浆性能的影响及其机理

针对固井时油基钻井液与水泥浆掺混易产生接触污染进而影响施工安全的问题,开展了油基钻井液各组分对水泥浆流变性、稠化时间、抗压强度等性能影响的研究,同时结合扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱等手段,初步探索了油基钻井液各组分对水泥浆性能影响的机理。实验结果表明:油基钻井液的掺混会使水泥浆流变性变差、水泥石抗压强度降低,影响顶替效率及水泥环的封隔能力;柴油、主乳化剂、副乳化剂等单组分对水泥浆流变性能的影响不大,而由柴油、内部水相与乳化剂搅拌形成的乳状液则会对水泥浆性能产生几乎与油基钻井液同等程度的影响。研究结果表明:乳状液圈闭了水泥浆中的自由水,导致浆体变稠,使水泥颗粒无法与自由水有效结合,阻碍水泥浆的水化,导致水泥石结构疏松多孔,影响了水泥石的强度。对策建议:可使用添加合适表面活性剂的先导浆、隔离液等措施来缓解接触污染。     

有机盐钻井液与水泥浆接触污染机理探讨及防止对策

有机盐钻井液在塔里木山前大量应用并取得显著成效。但有机盐钻井液与水泥浆两者相容性极差,严重影响固井安全。为此,文章基于单因素分析方法,筛选出影响水泥浆流动度变差的钻井液外加剂类型,并借助傅里叶变化红外光谱仪、环境扫描电子显微镜及X射线衍射仪,结合黏土水化动态吸附理论,探究钻井液外加剂分子构型、黏土水化机理对水泥浆水化过程的动态影响,以获得钻井液与水泥浆接触污染的本质。在此基础上,通过在钻井液中添加不同加量的降污染剂,探讨降污染剂合理加量对钻井液与水泥浆混合浆体稠化时间与流变性影响,并应用扫描电镜与用X射线衍射仪分析结果,探究降污染剂加入能解除混合浆体发生污染的实质。通过系统研究,为有机盐钻井液条件下水泥浆污染诱导机理及采用降污染剂来解除两者的接触污染提供了评价新途径,为避免有机盐钻井液条件下固井施工井下复杂情况的发生奠定了重要的科学分析依据。     

固井水泥浆与钻井液接触污染作用机理

针对固井时水泥浆和钻井液掺混易产生接触污染,造成注水泥憋泵和危及作业安全的问题,对接触污染的作用机理进行了研究。比较了掺混钻井液和钻井液处理剂前、后的水泥浆性能,利用红外光谱、X-射线衍射仪、扫描电镜对掺混前、后水泥浆的物相和微观形貌进行对比,确定钻井液和钻井液处理剂对水泥浆性能及结构的影响;利用原子吸收分光光度计测定水泥浆滤液中离子种类及含量,考察了各类金属离子对钻井液和处理剂溶液的影响。研究结果表明了接触污染作用机理:水泥浆中Ca²⁺对钻井液产生"钙侵 "造成钻井液流变性能变差;水泥水化产生的Fe³⁺、Al³⁺可与钻井液中的多种聚合物类处理剂交联形成凝胶,凝胶的形成加之处理剂对水泥颗粒的吸附架桥,造成水泥浆体多级絮凝结构的加强,导致混浆流动性急剧降低。根据作用机理,可使用抗钙先导浆、在隔离液中加入掩蔽剂等措施来解决接触污染。解决接触污染措施在ST1井、MX17井尾管固井中的应用效果良好,为保证深井注水泥安全提供了有力的技术支持。     

单因素法分析钻井液处理剂对水泥浆性能的影响

钻井液与水泥浆相容性差,混浆后易产生接触污染,即混浆段流体出现流动性恶化、水泥浆稠化时间缩短、水泥环强度降低等问题。实践表明,钻井液处理剂是造成接触污染的主要原因之一。为此,采用单因素法考察了13种钻井液处理剂对水泥浆性能的影响规律,利用红外光谱对处理剂进行了结构表征,用环境扫描电子显微镜对污染后的水泥石结构进行微观形貌分析。结果表明,生物增黏剂、聚丙烯酰胺钾盐能使水泥浆急剧变稠;SMT、SMP-1、JN-A能够缩短水泥浆稠化时间,但加量在1%(w)以内影响较小;其余钻井液处理剂加量在一定范围内对水泥浆性能影响较小。生物增黏剂和聚丙烯酰胺钾盐参与水泥水化、影响水泥浆结构形成过程是造成污染的重要原因;同时,高聚物大分子链发生卷曲、吸附架桥和电中和作用使水泥浆产生絮凝现象。污染机理的提出为钻井液合理选材、钻井液性能调整、减少钻井液与水泥浆的污染提供了理论依据。     

改善水泥浆与CO2污染钻井液的相容性技术措施

水泥浆与钻井液之间的接触污染对固井顶替效率和施工安全影响巨大,其原因之一是来自于地层的CO₂对钻井液的污染导致水泥浆与钻井液相容性恶化。为此,选择了四川盆地川东地区3口井的水泥浆与CO₂污染的钻井液进行相容性实验,结果表明,水泥浆与CO₂污染的钻井液混合后,浆体的流动性变差,稠化时间快速下降,仅靠简单的对钻井液降黏度切力、调整pH值技术措施已不能满足固井施工作业的要求。按改善水泥浆与CO₂污染钻井液相容性的技术路线,研究总结出了固井前处理受CO₂污染钻井液的4个技术对策,包括部分或全部置换井筒受污染钻井液、对污染的钻井液进行过饱和Ca²⁺处理、加入钻井液抗污染处理剂和合理设计前置液用量,满足了钻井液与水泥浆的相容性实验及生产要求,可有效地指导固井注水泥的安全施工。在目前国内外缺乏统一规范的相容性实验方法情况下,川东地区固井前所采用的处理CO₂污染钻井液的技术做法对于进一步完善天然气井固井准备的技术措施具有参考价值。     

KR-100隔离剂解决固井污染问题

针对固井过程中绝大多数水泥浆遇到钻井液会发生流变性能变差、污染稠化时间剧烈缩短等难题,提出采用抗污染性较好的KR-100隔离剂来改善与钻井液接触的水泥浆的流动性,保证接触区的水泥浆污染稠化时间达到施工设计要求。川西地区现场应用表明,该技术有利于解决固井尤其是深井固井中的污染难题,降低固井中＂灌香肠＂、＂插旗杆＂等事故的风险。     

钻井液处理剂对固井水泥浆的污染影响

深井固井中水泥浆和钻井液界面接触污染是一项危及施工安全的技术难题。为此,以川渝气田为例,有针对性地开展了固井中流体相容性的室内实验与分析。实验测定了目前常用的钻井液处理剂对常规密度水泥浆流动度、稠化时间的影响;利用红外光谱分析、电镜扫描、X射线衍射分析获得了聚丙烯酰胺钾盐(KPAM)和生物增黏剂的红外光谱数据,以及添加处理剂的水泥浆的红外光谱、电镜扫描、x射线衍射分析数据;同时还探讨了常用钻井液处理剂对固井水泥浆的污染机理。实验结果表明,KPAM和生物增黏剂等处理剂为高分子,其长链易吸附水泥浆中的水泥颗粒形成混合网状结构,造成水泥浆颗粒团聚增稠.进而失去可泵性。最后建议,进一步完善钻井液处理剂对固井水泥浆污染影响的评价实验方法,尽早形成一种能帮助解决固井水泥浆污染问题的规范标准,以便为固井前钻井液性能调整、钻井液处理剂合理选材、新的钻井液处理剂研发等提供技术参考。     

油基钻井液与水泥浆接触污染内因探讨

油基钻井液因其良好的性能被广泛应用于深井、复杂结构井钻井中,但伴随其广泛应用,油基钻井液与水泥浆因接触污染引起井下复杂情况案例越来越多。为此,首先分析了水泥浆中掺混钻井液和钻井液外加剂对其性能影响,在此基础上,借助于扫描电镜、X射线衍射仪及傅里叶变换红外光谱仪等现代分析手段,探究掺混前后水泥浆物相和微观形貌的变化。研究结果表明:油基钻井液中降滤失剂、氯化钙在水泥水化不同阶段增加了的氢氧化钙的溶解度,加快了C₃S水化速度,使得水泥浆凝聚、变稠,导致水泥浆流动性急剧变差;而主乳化剂、辅乳化剂及黏土增加了油基钻井液界面膜的强度与厚度,难以与水泥浆形成“油包水”或“水包油”乳化结构而造成污染。该系统性研究更加深入地认清了油基钻井液与水泥浆接触污染的本质,为防范两者接触污染提供技术参考。     

油基钻井液对水泥浆性能的影响及其机理

目前,油基钻井液越来越多地被应用于特殊地质条件和特殊工艺井中,而钻井液与水泥浆之间通常不具有相容性,二者掺混后会产生不同程度的接触污染,可是,油基钻井液对水泥浆性能影响及其机理的研究却相对滞后。为此,实验分析了油基钻井液在不同掺混比例条件下,对水泥浆流动度、稠化时间、抗压强度、胶结强度、孔隙度、渗透率等性能的影响。同时结合超声波抗压强度、XRD、热重分析,初步探索了油基钻井液掺混对水泥性能影响的机理。结果表明,油基钻井液掺混不会大幅度影响水泥浆稠化时间,但会形成絮凝结构,降低水泥浆流动性和顶替效率;掺混后的水泥石抗压强度和胶结强度降低,孔隙度和渗透率升高,影响水泥环封隔能力。油基钻井液掺混对水泥浆性能影响的机理为：水泥浆与油基钻井液掺混形成了乳化结构,造成水泥浆中自由水被束缚,导致水泥浆流动性降低;无法固结的油基钻井液在水泥石中形成孔洞以及油相的润滑作用是使得混浆水泥石强度降低、孔隙度和渗透率升高的主要原因。     

一种适用于油基钻井液的表面活性剂隔离液

页岩气钻井过程中采用的油基钻井液极易残留在井壁和套管壁表面,与固井水泥浆产生接触污染。套管壁及井壁长期处在油基钻井液环境中,两界面亲油憎水,给固井作业带来油基钻井液顶替和清洗困难、混浆流变性能变差、混浆强度严重下降、界面胶结质量不良等问题。针对以上问题,对表面活性剂及隔离液进行了如下研究:①调研油基钻井液对水泥浆的接触污染机理;②测定溶液表面张力,验证表面活性剂对清洗效果的影响;③配制表面活性剂水溶液和隔离液,利用模拟套管冲洗法测定清洗效率。实验结果表明,表面活性剂的加入能显著降低水油界面张力,提高清洗效率;配制出了一种清洗效率高达92.86%的三元复配表面活性剂隔离液体系,表面活性剂组成为LAS+JFC-6+AOS （1:1:1）;该隔离液对油基钻井液有良好的清洗效果,可提高界面胶结质量,有助于提升页岩气井的固井质量。      

井浆改造固井隔离液的评价与应用

随着川渝地区高温深井、超深井勘探开发的发展,固井时水泥浆与钻井液相容性差的问题日益突出,极易导致固井注水泥浆时出现变稠、结块的问题。通过对水泥浆与钻井液接触污染因素分析、研究,合成了由井浆改造不排放抗污染隔离液GLJ。经室内评价和现场投井应用表明,隔离液GLJ现场配制简单、方便,只需将隔离剂直接加入现场钻井液中即可,可减少新增液体量、钻井液加重剂等材料用量,减轻现场储存压力;GLJ具有较好的流变性、悬浮稳定性,可根据现场施工对隔离液GLJ的流变性能参数要求进行调整,具有良好的抗温性能,井筒中长时间静置不会导致隔离液GLJ重晶石沉淀;GLJ与水泥浆具有良好的配伍性,各种比例混合流体的高温高压稠化实验240 min内体系稠度值未大于40 Bc;隔离液GLJ对钻井液性能影响小,施工结束后循环罐中剩余隔离液GLJ和井筒中返出隔离液GLJ均可混入井浆中作为钻井液继续使用,减轻了现场废弃液的排放及处理量,具有良好的经济效益和社会效益。      

一种新型抗污染固井前置液体系研究及应用

固井过程中水泥浆受到污染易导致流动性急剧变差,甚至失去可泵性,影响固井施工安全和固井质量,常规固井前置液体系无法彻底解决水泥浆污染问题。基于表面活性剂化学特性及复合材料的协同增效原理,室内研发了一种新型抗污染固井前置液体系,其密度在1～2.20 g/cm3范围内任意可调,具备冲洗液和隔离液的双功能,并且与水泥浆和钻井液不同比例混合后仍能保证水泥浆和钻井液具有良好的相容性。现场应用表明:该新型前置液体系能够有效解决钻井液和水泥浆的相容性问题,同时具有良好的渗透冲洗能力,能够显著提高顶替效率,改善固井质量。     

油基钻井液对注水井吸水能力影响的室内评价

针对现场油基钻井液所钻井出油少，注水困难等问题，评价了油基钻井液滤液，完井液、水泥浆，注入水、地层水间的配伍性，以及油基钻井液滤液，原油对岩心动静污染后吸水能力的影响，实验结果表明：油基钻井液滤液与水泥浆、完井液、注入水，地层水存在一定的乳化作用；水泥浆与完井液、注入水、地层水不配伍，有沉淀生成；油基钻井液、原油动静污染后岩心注水能力下降，性注水水能有效提高油基钻井液静污染后岩心吸水能力。     

油基钻井液下水泥浆抗污剂的研究与应用

针对目前油基钻井液下水泥浆易被污染,固井质量难以保证的问题,运用实验方法结合理论分析,开展了抗污染水泥浆体系的研究。利用人工岩心法证实了油基钻井液对固井质量有较大影响,特别是对二界面胶结强度影响最大。通过实验分析了基础水泥浆被油基钻井液污染后性能的变化,研制出了一种主要成分为烷基酚聚氧乙烯醚的抗污染剂Anti-P。室内实验结果表明,将1%抗污剂Anti-P加入水泥浆中,在水泥浆被少量油基钻井液污染后（小于10%）,水泥浆性能不受影响,保证了固井质量。将其在多口井进行应用,效果良好。该成果填补了目前抗污染水泥浆体系的空白,值得进一步研究推广。      

非特定体系钻井液与水泥浆兼容性差的应对策略

在固井施工中,水泥浆在井下要与钻井液产生接触,从而出现相互匹配与否的问题,称之为“钻井液与水泥浆兼容性”。随着技术的发展,钻井承钻方可能使用不同厂商、不同品牌的钻井液添加剂,或者是为节约成本,采取回收钻井液反复使用,造成钻井液组分的复杂化,增加了不确定性,产生钻井液与水泥浆兼容性差的现象,具体表现在不同比例的混浆稠化时间急剧缩短或稠化曲线形成鼓包等异常,严重影响施工安全。因钻井液组分的复杂及不确定性,固井工程将无法采取有效的针对性的处理方案,解决钻井液与水泥浆的兼容性差的这一技术难题。研究表明,在非特定钻井液体系下,运用浓度稀释原则、减阻稀释原则、选择恰当的缓凝剂及确定其加量、重视先导浆技术的策略组合,形成一套通用的、普及的解决方案,并在四川油气田得以推广。     

表面活性剂提高页岩气井固井水泥浆的抗污染性能评价

采取水平井开发页岩气储层时,由于套管偏心以及井径不规则等原因,通常会导致油基钻井液的顶替效率较低,部分油基钻井液掺入固井水泥浆中,影响水泥浆的性能。为了提高页岩气固井水泥浆的抗污染能力,室内将非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂复配制得表面活性剂（AFSG-1）,然后以现场油基钻井液和固井水泥浆为研究对象,开展了AFSG-1提高页岩气井固井水泥浆抗污染性能的研究。结果表明,现场油基钻井液的掺入会严重影响固井水泥浆的流动度、稠化时间以及混浆水泥石性能;油基钻井液的掺入比例越大,污染越严重。随着固井水泥浆中AFSG-1加量的不断增大,水泥浆自身的抗污染能力逐渐增强;当固井水泥浆中AFSG-1的质量分数为2%时,再掺入20%的油基钻井液,混浆的流动度、稠化时间以及水泥石性能与未加表面活性剂时相比均有明显改善。另外,AFSG-1对固井水泥浆抗油基钻井液污染性能的改善效果明显优于其他常用表面活性剂。AFSG-1能有效提高页岩气固井水泥浆抗油基钻井液污染的能力,可提高固井质量,保障固井安全。     

抗180℃高温水基隔离液的研制与应用

为解决深层高温固井施工中水泥浆与钻井液相互接触污染,以及高温对隔离液及配套处理剂的影响问题,从而研制出一种相容性良好、抗180.C高温的固井水基隔离液体系.并对其性能进行了评价.室内实验结果及现场应用效果表明,该水基隔离液体系在180.c下具有良好的高温稳定性、流变性稳定,确保了深层油气井的固井施工安全.     

隔离液合理选材设计以改善与水泥浆相容性实验探索

针对目前普遍存在隔离液产品与水泥浆相容性差的难题，实验从物理化学角度，分析了影响隔离液、钻井液与水泥浆化学接触污染的本质原因。为了抑制这种化学接触污染，研究了隔离液各组分对其与水泥浆相容性的影响，并对影响机理进行了探索，提出了隔离液合理选材设计以改善相容性的一些措施：包括配制隔离液应优选造浆率低的黏土，并在保证浆体悬浮稳定性的同时尽量降低黏土的含量；控制好高聚物增黏剂的加量，复配低分子量增黏剂一起使用；从胶体化学结构上分析，应避免使用抗盐性较好的材料。     

钻井液与水泥浆化学不兼容原因初探

钻井液和水泥浆化学兼容性差不但影响顶替效率,而且危及固井作业安全,这是导致深井超深井固井质量低下的重要原因和引发固井工程事故的隐患。为了探索钻井液对水泥浆产生化学污染的本质,以川渝油气田某区块一口典型井的φ177.8mm尾管固井作业为例,采用单因素分析法,将该井采用的钻井液处理剂与现场水泥浆进行污染稠化实验。实验研究表明:钻井液污染水泥浆的主要原因是钻井液中某些处理剂与水泥浆外加剂之间相互作用,引发凝胶效应,导致浆体稠度迅速增大和稠化时间大幅度缩短,并非水泥浆真正凝结硬化。