耐高温高压超高密度水泥浆体系的室内研究

天湾1井是位于准噶尔盆地中部的一口超深预探井,井深为7500 m,井底压力为170 MPa,井底温度为160℃,针对该井高温高压的问题,以及目前超高密度水泥浆存在的流动性和沉降稳定性差、动态失水量较大、以及大温差下顶部水泥石强度出现过缓凝等问题,室内成功研制出耐高温高压超高密度水泥浆体系,水泥浆密度可达2.55 g/cm3,该体系主要由新型加重剂、微硅、高温稳定剂、600目硅石粉（粒径为0.025 mm）、新型微锰矿粉、悬浮剂、高温缓凝剂、高温降失水剂、高温减阻剂等组成。实验结果表明,该体系水泥浆流动度达到32 cm,同时具有较好的沉降稳定性能,顶部水泥石强度较高,防气窜能力强,在160℃、170 MPa下,稠化时间线性可调,动态失水量为40 mL,该水泥浆体系应用范围广泛,可通过调整外加剂掺量来满足天湾1井不同井深温度下的固井施工要求。      

超高密度水泥浆体系室内研究

针对超高密度水泥浆存在的诸多问题，通过系统研究，优选出了用粒径为0．076mm和0．043mm的赤铁矿按4：6的比例复配作加重剂，以减阻降失水剂SD10，降失水剂SD18、缓凝剂SD21、SD27和游离液控制剂T12作外加剂，并确定了各材料的加量。研究出了密度为2．50g／cm^3的超高密度水泥浆并对其进行了性能评价。该水泥浆具有较好的沉降稳定性、流变性、浆体热稳定性、稠化性能和抗压强度，失水量低且凝结时间长，可用于异常高压油气井固井，解决固井技术难题。     

超高密度水泥浆体系高温性能室内研究

通过分析高温高压油气井固井常遇到的一些问题,提出了选用特定粒径分布的高密度锰铁矿粉作为加重剂,构建密度可达2.80g/cm3抗高温的超高密度聚合物水泥浆体系。文章对超高密度水泥浆体系作了简要的介绍,通过对水泥浆高温下的流变性、稳定性以及失水与强度性能试验研究发现,该水泥浆体系具有流变性好、浆体稳定性高、失水量低、水泥石强度发展迅速、防窜能力强的优点,其综合性能能够满足深井、超深井固井作业要求,具有良好的应用前景。     

超高密度抗盐水泥浆体系的研究

针对西部地区高压油气层或老油区调整井固井作业时发生井喷、气窜的问题,研究出了超高密度抗盐水泥浆体系.该水泥浆体系由铁矿粉、降失水剂GJF-200L、分散剂FDN、缓凝剂GJR-200L、悬浮剂(微硅)配制而成.通过对超高密度抗盐水泥浆体系性能评价得知,该体系在淡水、10%NaCl盐水条件下,具有一定的抗压强度、良好的稳定性、较好的失水控制能力,稠化时间易调整.由现场模拟固井实验表明,该体系的流动度、初始稠度、可泵时间、稠化时间、失水量、析水量和抗压强度均满足了施工要求;密度为2.42 g/cm3的水泥浆,当立罐压力为0.15～0.18 MPa时可保证正常供灰,达到所需的密度;密度为2.60 g/cm3的水泥浆,当立罐压力为0.18～0.20 MPa时可保证正常供灰,达到所需的密度.该超高密度抗盐水泥浆体系可用于现场异常高压油气井固井施工的需要.     

液体加重技术在超高密度水泥浆研制中的应用

随着深井和超深井复杂地层钻井的日益增加,普通高密度水泥浆已经不能满足深井、超深井及超高压固井作业的需要,研究超高密度水泥浆体系势在必行。由于常规高密度水泥浆采用无机矿物固相加重,密度难以突破2.6 g/cm³,为了有效地提高水泥浆密度,采用以液体加重为主的配制超高密度水泥浆的方法,即采用无机盐提高水泥浆配制基液的密度,结合颗粒级配原理,辅以无机矿物材料加重水泥浆密度,降低了配制超高密度水泥浆体系的难度,室内配制的超高密度水泥浆体系密度达3.05 g/cm³,具有良好的悬浮稳定性、流变性能、降失水性能和抗盐能力,稠化时间易于调节,其工程性能满足超高密度固井作业的需要。     

大温差超高密度水泥浆固井技术研究与应用

封固异常高压气层和高压盐水层需要采用超高密度水泥浆进行固井。针对目前常用的超高密度水泥浆普遍存在流动性和沉降稳定性差、长封固段大温差条件下顶部水泥超缓凝等问题,室内开发出一套新型大温差超高密度水泥浆体系,结合EST先导浆处理技术及与之配套的固井工艺,提高顶替效率从而提高固井质量。室内实验和现场应用情况表明,文章研究的新型高密度水泥浆体系,室内水泥浆密度可达到3.00g/cm3,现场实际应用水泥浆密度2.50g/cm3,具有流动性和沉降稳定性良好、顶部水泥石早期强度高、防窜能力强,现场适应性好等优点。在川东北地区的高压气层和高压盐水层固井效果良好,保障了川东北气田勘探开发的顺利实施。     

高性能超高密度水泥浆技术研究与应用

为了解决贵州赤水地区官渡构造钻探中超高压气层或盐水层固井的技术难题,实现超高密度水泥浆固井,必须采取使用密度较高的加重材料进行加重。常规的一些加重方法,如减少水灰比、配盐水溶液等已经不能满足所要加重密度的需要。通过颗粒级配、紧密堆积理论、外加剂选择,设计开发了密度为2.60~3.00g/cm3系列的高性能超高密度水泥浆体系,在官深1井的尾管固井中,水泥浆入井平均密度为2.75g/cm3,最高密度为2.82g/cm3,声幅测井显示固井质量合格,成功封隔超高压盐水层。     

超高密度水泥浆研制

为了解决贵州赤水地区官渡构造钻探中超高压气层或盐水层固井的技术难题,通过加重材料优选和颗粒设计研制超高密度水泥浆,并将其用于官深1井尾管固井。针对超高密度水泥浆配制需求,选择颗粒呈球形的加重剂MicroMAX并优选了加重剂组合(还原铁粉、铁矿粉、MicroMAX);基于紧密堆积理论设计了水泥颗粒粒度分布,实际粒度分布接近紧密堆积的理想状态。设计了密度为2.70～3.00 g/cm3的超高密度水泥浆,其基本性能、流动性和稳定性良好。在地面模拟混配试验中,采用常规一次固井流程配制了平均密度为2.71 g/cm3的水泥浆。在官深1井的尾管固井中,采用设计密度为2.80 g/cm3的水泥浆成功封隔超高压盐水层:水泥浆入井平均密度为2.78 g/cm3,最高密度为2.82g/cm3,声幅测井显示固井质量合格,后续作业钻井液密度由2.77 g/cm3降至2.00 g/cm3,井内稳定。     

中空玻璃微球超低密度水泥浆体系评价与应用

根据颗粒级配理论,优选中空玻璃微球（HGS）为减轻剂,开发研制出超低密度水泥浆体系,解决了常规超低密度水泥浆体系存在的如水泥石强度发展缓慢、水泥浆稳定性差、失水难以控制等问题,填补了国内1.00 g/cm3以下超低密度水泥浆体系的空白。室内实验和现场应用证明:该体系的沉降稳定性好、抗压强度高、失水小、流变性能好,能有效防止气窜,稠化时间可调且过渡时间短,一二界面固井质量良好。     

新型无机盐加重超高密度水泥浆体系室内试验

针对超高密度水泥浆存在的诸多问题,采用无机盐FX-1提高水泥浆基液的密度,并合理优化固体加重剂铁矿粉的粒径,配制出了密度为2.87 kg/L的高密度水泥浆。试验结果表明,采用无机盐FX-1可将基液密度提高至1.50 kg/L,结合适宜粒径的铁矿粉,可配制出密度为2.87 kg/L的超高密度水泥浆。该水泥浆具有较好的沉降稳定性和流变性,API失水量小、稠化时间可调、抗压强度高,其综合性能可满足异常高压油气井的固井要求,具有较高的现场应用价值。      

高石梯-磨溪区块高压气井尾管固井技术

针对西南油气田高石梯-磨溪区块高压气井φ177.8 mm尾管固井遇到的气层活跃、安全密度窗口窄、流体相容性差及高温大温差等问题,制定了相应的固井技术措施。开发了适合高温大温差固井的自愈合防窜高密度水泥浆体系,并进行了室内研究。结果表明:该体系密度为2.0~2.8 g/cm3,现场一次混配可达2.6 g/cm3以上;适应温度为常温~180℃;浆体的上下密度差不大于0.05 g/cm3;失水量不大于50 mL;稠化时间与缓凝剂掺量具有良好的线性关系,稠化过渡时间不大于10 min;静胶凝强度过渡时间不大于20 min;24 h抗压强度大于10 MPa,水泥石顶部48 h抗压强度大于3.5 MPa,低温下强度发展快,形成的水泥石体积稳定不收缩,具有类似韧性水泥的力学性能;遇油气产生体积膨胀,保证了界面胶结质量和密封完整性,降低了固井后发生气窜的风险。该固井技术在高石X井和高石Y井中进行了应用,固井优质率和合格率得到较大幅度提高,水泥环后期不带压,获得良好应用效果。      

0.9 g/cm3超低密度水泥浆体系室内研究

通过分析固井施工对超低密度水泥浆的要求,针对现阶段超低密度水泥浆面临的挑战,优选使用C级水泥和降失水剂C-FL712L,以及高性能增强材料C-BT5得到了一种超低密度水泥浆,并对该水泥浆的综合性能进行评价。评价结果表明,构建的0.9～1.1 g/cm3超低密度水泥浆综合性能良好,浆体稳定性高、上下密度差可控制在0.05 g/cm3以内,稠化时间可调,60℃抗压强度达到7 MPa以上,静胶凝强度发展较快,有较好的防气窜功能,适用的压力范围大,满足固井工程应用要求,可以在低压易漏油藏及超长封固段井的固井施工中推广应用。      

一种大温差弹韧性水泥浆

长封固段大温差气井固井面临水泥浆顶部易超缓凝,水泥环易发生密封失效致环空带压等问题。通过研选抗高温大温差缓凝剂和降失水剂,可满足170℃以低100℃温差水泥石强度发展要求;优选抗高温弹韧性材料,降低水泥石脆性,增强水泥石弹韧性。研制出大温差弹韧性水泥浆体系,密度在1.50~2.20 g/cm3范围内可调,水泥浆流变性好,API失水量小于50 mL;50℃温差下密度为1.50 g/cm3低密度水泥石72 h抗压强度可至11.5 MPa,60℃温差下密度为2.20 g/cm3水泥石72 h抗压强度可至15.3 MPa,70℃温差下密度为1.88 g/cm3水泥石抗压强度达17.7 MPa,且水泥石弹性模量均小于7 GPa,抗折强度大于3.5 MPa;水泥环密封完整性评价显示,水泥环可满足90 MPa压力30轮次加卸载密封要求。该大温差弹韧性水泥浆体系在西北油田分公司顺北4井φ193.7 mm+φ206.4 mm尾管回接固井中成功应用,一次封固段长5693 m,上下温差约105℃,固井质量优质,为其他超长封固段气井固井提供成功范例。      

低密度高炉矿渣水泥浆体系的研究应用

长庆油田以高炉矿渣代替水化材料,再加激活剂和少量水泥、膨润土和漂珠,配制成1.48~1.63g/cm3的低密度矿渣水泥浆,经室内试验,流动度大于20cm,45℃、25MPa条件下的稠化时间大于180min,45℃、24h的抗压强度达到5.4~10.8MPa,与高密度的纯水泥浆配伍性好,能满足现场施工要求。经4口井试验,油层以上用低密度矿渣水泥浆封固,油层仍用纯水泥封固,施工顺利,固井质量优良,成本比用低密度粉煤灰水泥浆固井还要低。文中还探讨了高炉矿渣和激活剂的物理性质、化学性质和水化机理。     

一种新型低放热水泥材料的室内性能研究

海洋深水钻探常常钻遇浅层水合物层,常规低温水泥浆放热量大,固井期间会引起水合物层不稳定,影响固井质量。通过对几种胶凝材料的筛选研究,开发了一种新型低放热水泥材料,从而建立了一套可适于深水浅层水合物层固井的低热水泥浆体系。该水泥浆体系在密度为1.40～1.60 g/cm3时,3 d的水化热均小于200 J/g,水泥石在10℃下养护24 h后的抗压强度大于3.5 MPa,降失水性能较常规低热水泥有较大提高,均小于50 mL,流变性测试φ₃₀₀均在300以下,同时新型低热水泥性能比普通低热水泥水化热更低,稠化时间可调,室内实验表明,新型低热水泥浆体系在低温环境下具有低水化热、高早强、低失水以及稠化性良好等特点,能够满足海洋深水水合物层固井作业的要求。      

深水固井液体减轻低密度水泥浆体系

与传统的表层固井技术不同,深水表层固井由于受到深水环境和现场条件限制,对固井作业提出了新的要求。针对深水表层固井的难点,开发了一种新型液体减轻剂PC-P81L,并以其为主体构建出了深水固井液体减轻低密度水泥浆体系。室内实验结果表明,PC-P81L作为减轻剂对水泥浆具有密度调节作用,可在1.30~1.70 g/cm3之间调节水泥浆密度;具有高悬浮性,最高可悬浮水灰比为2的水泥浆;具有增强作用,还可以应用于常规密度水泥浆中作为增强剂;具有促凝作用,可在深水低温环境下缩短水泥浆稠化时间。构建的深水固井用液体减轻低密度水泥浆体系,通过增大水灰比降低水泥浆密度,提高了水泥浆的造浆率,减少现场水泥用量;且配方简单,易于调节,外加剂以全液体形式添加,减小了现场工作人员的劳动强度;同时满足深水低温环境下的水泥浆性能要求,为下部钻进提高保障;液体减轻水泥浆体系作业成本较漂珠体系也大幅度降低,满足深水低温条件的性能要求,可适用于深水表层固井。      

高密度抗盐隔离液BH-HDS的研制与应用

高密度、盐膏层井对提高顶替效率的固井隔离液提出了更高的要求。通过选用生物质聚合物、无机悬浮物以及无机盐复合材料作为悬浮剂,阴离子聚合物作为稀释剂,重晶石作为加重剂,配制出一种新型隔离液。研究表明,该隔离液体系在1.50～2.40 g/cm3范围内具有良好的流变性能和沉降稳定性能,并且该体系具有良好的抗温性能,当温度达到180℃时,1.80 g/cm3隔离液的上下密度差为0.06 g/cm3,2.20 g/cm3隔离液的密度差为0.03 g/cm3 ;此外,该隔离液抗盐能达半饱和,半饱和盐水隔离液具有良好的悬浮稳定性和流变性。测试了隔离液与钻井液、隔离液与水泥浆、隔离液与钻井液、水泥浆3种混合液的相容性能,研究表明隔离液具有良好的相容性,加入隔离液的水泥浆的稠化时间较纯水泥浆稠化时间长。该高密度抗盐隔离液在伊拉克高压盐膏层应用2井次、在大港油田中深层油层现场应用1井次,固井质量1口合格,2口优质。      

鲁迈拉油田易漏层固井技术研究与应用

鲁迈拉油田地质条件复杂,此区块的Dammam、Hartha层位地层破裂压力低,技术套管固井易发生漏失,而且地层岩性导致井眼不规则,存在大肚子和缩径井眼,固井顶替效率低,使固井质量难以保证。研制了密度为1.00~1.80 g/cm3的低摩阻塞流前置液体系,该体系以非聚合物类悬浮剂DF-1和冲洗剂DF-3为主剂,用有机溶剂DF-4作流型调节剂,可降低前置液环空循环摩阻,具有冲洗能力强、流变性可调性好的特点,提高了低返速条件下环空顶替效率。研制了密度为1.00~1.35 g/cm3的低密度水泥浆体系,该体系采用纳米硅溶胶作稳定剂,提高了沉降稳定性,体系48 h室温抗压强度大于14 MPa。优化了一系列固井配套技术,形成一套适合该区块的综合固井技术。现场试验5口井,无漏失发生,固井质量合格井段较之前提高了21%,取得了良好的应用效果。     

抗循环温度210℃超高温固井水泥浆

随着勘探开发不断向深层迈进,超深井、超高温井逐渐增多,超高温对水泥浆抗温能力提出了更高挑战。为了解决现有水泥浆体系抗高温能力差的问题,研制了抗高温降失水剂DRF-1S、抗高温缓凝剂DRH-2L及其他配套抗高温水泥外加剂,并形成了超高温常规密度固井水泥浆,在室内对该水泥浆的性能进行了评价结果表明,该水泥浆能够满足井底循环温度210℃、井底静止温度230℃的固井要求,水泥浆API失水量可以控制在100 mL以内,稠化时间可调,高温沉降稳定性不大于0.04 g/cm3,230～250℃超高温下水泥石强度高且不衰退。该水泥浆在华北油田杨税务地区高温深井安探4X井φ127 mm尾管固井进行应用,固井质量优质,为该地区勘探开发提供了固井技术支撑。