固井水泥环界面胶结强度实验研究

目前大庆油田开采已指向薄油层,要求薄层固井水泥环有很高的封窜能力。为此,笔者进行了水泥环界面胶结强度实验研究,探索了水泥环界面胶结强度发展规律,并找出了胶结强度与水泥表观体积的胀缩特性及水泥水化热效应之间的内在联系。本文在进行大量实验分析的基础上,找出了提高第一界面和第二界面胶结强度的途径,对提高大庆薄油层固井质量有指导意义。     

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以高炉矿渣为水化材料，使钻井液转化为水泥浆固井技术，与多功能钻井液固井工艺技术相结合，井壁形成可固化的坚硬的泥饼，有助于地层封隔，减少或阻止循环漏失和固井注水泥中水泥浆通过漏失层位的液柱回落。多功能钻井液可以提高井眼的完整性和固井注水泥质量。文中介绍对调整井设计密度为１．１６ｇ／ｃｍ３，用高炉矿渣代替重晶石加重的多功能钻井液。试验研究了矿渣钻井液固化液在多功能钻井液中的扩散过程和矿渣钻井液固化液的抗压强度、流变性、稳定性等性能。研究结果表明：矿渣钻井液固化液中的激活剂能扩散到泥饼和残留于环空中的钻井液中，使钻井液滤饼和残留于环空中的钻井液全部固化，实现第一界面、第二界面的良好胶结，防止油气水窜，提高固井质量。矿渣钻井液固化液抗压强度高，流变性和稳定性好，有利于提高固井质量。多功能钻井液固井技术对提高水平井固井质量有较大的技术优势，建议研究应用。     

三轴地应力作用下固井二界面的稳定性

目前地层—水泥环—套管组合体稳定性研究主要基于平面，没有考虑组合体三维状态下受三轴地应力作用时组合体固井二界面的稳定；同时测试胶结强度普遍采用压剪切方法，测试数据重复性差。通过建立三维地层—水泥环—套管线弹性组合体模型，研究固井第一界面（水泥环—套管）、第二界面（地层—水泥环）的分离（没有胶结）和不分离（胶结良好）情况下的间距和接触压力，以及分离情况下摩擦力（即压剪切强度）变化及垂直主应力对称、非对称变化对组合体稳定的影响。研究结果可以看出，在接触面光滑、不存在窜流通道的情况下，组合体固井二界面分离后界面存在间距，当窜流压力大于接触压力，固井二界面就发生窜流，且固井第二界面比第一界面更容易窜流。固井二界面的摩擦力对组合体稳定性没有影响；垂直主应力较小时固井二界面的间距较小，但对固井二界面的接触压力没有影响，采用压剪切方法测试胶结强度评价固井二界面稳定性没有意义。因此，固井二界面的防窜主要通过三轴应力施加的接触压力实现；固井二界面的胶结强度相对三轴地应力较低，不起主要防窜作用。     

深水浅层固井胶结强度影响因素分析

深水表层未成岩地层土固结程度低、强度低,浅层固井难度大。为了合理进行浅层固井的设计及施工,分析了固井胶结强度影响因素。结合南海深水海域表层土质特点,利用相似性原理,进行浅层固井模拟实验,分析了水泥强度、候凝时间和套管尺寸对固井胶结性的影响规律。由实验结果得出:高强度水泥第一、第二胶结面胶结强度高于中强度水泥和低强度水泥,但强度差值不超过20%,且随着时间的延长,高强度水泥胶结强度与中、低强度水泥胶结强度趋于相同;3种强度水泥环的胶结强度均随候凝时间的延长而增加,但是候凝时间达到18 h后,界面胶结强度的增加趋势逐渐递减;使用?50.8 mm、?76.2 mm、?114.3 mm等3种不同尺寸的模拟套管,水泥环的胶结强度变化规律一致。研究表明,中、低强度水泥与高强度水泥在胶结强度方面相差较小,所以可以考虑研发中、低强度水泥替代高强度水泥用于浅层固井作业;浅层固井的候凝时间达到一定时间节点后,胶结强度增加趋势放缓,后期可进行浅层固井最佳候凝时间窗口的研究。利用相似性原理模拟现场施工工况的实验具有可靠性。     

固井振动器套管内振动对水泥石强度影响试验

为改善调整井固井质量,开展了固井振动器套管内振动技术研究,阐述了Φ139.7 mm套管固井振动器系统,同时开展了振动器套管内振动对水泥石强度影响的试验研究。固井振动器系统主要由地面控制单元、传输电缆、电缆接头和固井振动器等组成,固井振动器振动波穿过钻井液和套管作用于水泥浆,从而改善水泥浆的水化性能。通过室内模拟试验,测得了振动器振动对水泥石抗压强度、第一界面和第二界面胶结强度的影响,试验数据表明水泥石抗压强度提高11.50%~23.32%,第一界面胶结强度提高19.37%~32.55%,第二界面胶结强度提高7.62%~16.90%。试验结果为固井振动器的现场应用提供了理论依据。     

用高炉水淬矿渣将泥浆转变成水泥浆

固井作业中,因常规水泥与钻井泥浆难以相容,造成固井水泥污染,严重影响固井质量。设计了密度为1.52～1.60g/cm~3的高炉水淬矿渣固井液体系,该体系以矿渣为水化材料,再加入激活剂。对该体系与两种早强高密度水泥浆的相容性、配伍性进行了对比试验。结果表明,该技术能提高固井质量,降低固井成本。     

河南油田稠油井一体化固井技术研究

针对河南油田稠油井第二界面汽窜问题,开展了油井水泥-泥饼-地层整体胶结一体化固井技术研究。该技术是在不改变现有钻井液、水泥浆体系及性能的基础上,采用化学方法实现水泥环-泥饼-地层的整体胶结,达到大幅度提高固井第二界面胶结强度的目的。通过室内配伍性实验及胶结强度测试,证实了泥饼改性剂(GM-Ⅰ)、凝饼形成剂(GA-Ⅱ)与钻井液、水泥浆配伍良好,水泥环-泥饼-地层的整体胶结作用使固井第二界面胶结强度提高到200%以上。6口井的现场应用表明,固井第二界面胶结质量较邻井显著提高,解决了稠油井第二界面汽窜问题。     

提高第二界面固井质量的钻井液与前置液研究

针对提高第二界面固井质量的问题．研究出了多功能钻井液和SF-1冲洗前置液。对这两种体系的性能评价表明：加入矿渣后多功能钻井液的滤失量大大降低．泥饼的胶结强度提高，从而降低了钻井液对地层的损害；加有活性组分的SF-1前置液具有较强的稀释钻井液、降低粘度和切力的作用，提高了钻井液和水泥浆的相容性。现场应用表明．多功能钻井液须与MTC固井液配合使用．才具有提高第二界面固井质量的效果；SF-1前置液改善了水泥环与套管和水泥环与井壁的胶结环境．增强胶结力，提高了水泥浆的顶替效率．有效地提高了固井质量。密度介于钻井液与水泥浆之间的加重前置液在现场使用效果良好．固井质量优质，钻井液与水泥浆界面清晰。     

扇区水泥胶结测井解释方法应用

文章介绍了扇区水泥胶结SBT固井评价相对于常规固井评价的优点;并详细介绍了扇区水泥胶结SBT固井评价对第一界面的评价方法,相关参数的计算,包括：最小胶结比、最小水泥强度和最小封隔长度;第二界面的评价方法,相关参数的计算,包括：地层波首波和地层波首波能量;对于关键参数的计算给出了具体的模型和计算过程.     

矿渣MTC固井技术在临盘地区的应用

自1996年3月矿渣MTC固井技术在夏70－斜02井技术套管固井中第一次现场试验以来,在临盘地区应用矿渣MTC固井技术完成了12口井的技术套管固井,7口井的油层段以上的油层套管固井及24口井油层段的油层套管固井,固井质量均为优,在2口井水平井中前导浆采用MTC浆,矿渣MTC浆封固段的第一界面和第二界面的胶结质量均明显优于普通水泥封固段,矿渣MTC固井质量综合评价为优。     

矿渣对固井液性能的影响研究

为了研究矿渣对固井液性能的影响,通过对国内外主要的有关的矿渣固井技术的文献进行调研,对高炉水淬矿渣结构特、性能及其水化机理、影响矿渣固井液的固化因素和矿渣固化体性能和高温性能及其力学性能进行研究,用高炉水淬矿渣和油井水泥浆配制了一系列固井液并在不同水灰比下对其性能进行了实验研究。试验结果表明在0.44水灰比时,矿渣加量为30%时油井水泥的抗温性能最好。试模抗压强度也变好。在0.60水灰比时,矿渣加量达到30%时,试模抗压强度最高,固井液的表观粘度、塑性粘度、动切力也相应的有所提高,可增强固井液的稳定性。在0.80水灰比时,矿渣加入量为20%时,试模抗压强度最高,表观粘度不变,塑性粘度和动切力变化较小,可以提高固井质量。     

聚合物钻井液转变成水泥浆固井技术应用研究

本文对ＭＴＣ技术波特兰水泥转化法和高炉矿渣转化法的室内试验研究和现场应用进行了详细的论述。波特兰水泥转化法能提高水泥石抗压强度，高炉矿渣转化法能明显降低固井成本，综合考虑其特点，矿渣转化法有较大的技术优势。ＭＴＣ技术具有提高固井质量，降低固井成本等特点，有广阔的应用前景。     

高炉矿渣激活剂BES-1

通过分析BES-1激活后高炉矿渣水泥浆的流变性、析水、初、终凝时间、相容性等性能,表明BES-1能激活矿渣活性,提高矿渣浆“水泥石”抗压强度,改善矿渣浆流变性。用BES-1配制的矿渣浆体稳定性好,析水量小,与G级早强水泥浆相容性好,能安全用于低密度水泥浆固井。BES-1最佳加量为4％。     

高炉矿渣转化的水泥浆在新疆油田的应用

将高炉矿渣加入钻井泥浆中可使后者转化为用于固井的水泥浆。这种水泥浆有助于节约固井成本，减少环境污染和提高地层和水泥环之间的胶结强度。通过加入高炉矿渣，活化剂ＪＸ－１和ＪＸ－２及稀释剂ＤＩＳ－３，已成功地将新疆油田现场聚合物泥浆转化为固井用的水泥浆。     

超低密度高炉矿渣水泥浆研究

针对油田在低压易漏地层中使用１．４０￣１．６０ｇ／ｃｍ＾３的低密度水泥浆固井存在水泥浆返高不够,固井质量差等问题,结合矿渣膨润土水泥浆。矿渣ＭＴＣ固井技术和多功能钻井液固井技术,利用矿渣和漂珠等材料设计了密度１．２０￣１．３５ｇ／ｃｍ＾３的超低密度矿渣膨润土水泥浆,矿渣ＭＴＣ浆和矿渣ＵＦ浆。     

用多功能钻井液设计超低密度矿渣水泥浆

本文针对陕甘宁盆地中部低渗透天然气田低压易漏地层二级固井中存在的问题，利用高炉矿渣、漂珠的潜在活性及比重较小的特点，结合多功能钻井液固井技术的优点，用多功能钻井液设计超低密度（１２０ｇ／ｃｍ３～１４０ｇ／ｃｍ３）矿渣水泥浆。用该水泥浆为领浆和纯Ｇ级水泥浆为尾浆对天然气井进行一次性注水泥固井，替代分级固井技术。室内研究结果表明：超低密度矿渣钻井液固化液中激活剂可以扩散到滤饼和残留的多功能钻井液中，使套管、水泥石和地层三者之间达到完整的胶结，使地层封隔效果良好，水泥石抗压强度高，水泥浆流变性好，体系稳定，稠化时间满足现场施工要求，并解决了分级固井技术中存在的固井质量问题。     

矿渣油井水泥研究

利用高炉水淬矿渣的化学组分以及水化活性、热力学稳定等特性并通过大量的研究和实验,将它作为一种外掺料替代部分油井水泥熟料,研制出了矿渣油井水泥。与G级油井水泥相比,矿渣油井水泥与套管的胶结力提高了55.4%,水泥石后期强度提高了28%-34%,水泥石抗腐蚀性提高了50.3%;水泥石抗震裂韧性提高了21.7%,水泥石力学特性不同程度地同时得到提高,满足了固井、射孔、酸化和压裂及后期采油这一系统工程对水泥石高质量的要求。