导热填料对地热井固井材料性能及结构的影响

固井是地热开发过程中重要的一步,向地热井固井材料中掺入导热填料能够有效提升其导热性能,有利于地热能高效开采。通过试验研究了石墨、铁粉和石英砂对固井材料导热系数和抗压强度的影响,并借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、压汞仪(MIP)等设备,研究了不同导热填料对固井材料微观结构的影响。结果表明,随着填料掺量增加,固井材料的导热系数增大,48 h抗压强度逐渐减小;与铁粉、石英砂相比,石墨对固井材料性能的影响最为显著;石墨、铁粉、石英砂均对固井材料的微观形貌、水化产物以及孔隙结构产生较大影响;填料使固井材料导热性能发生变化的原因是导热填料取代了水泥基体,而使抗压强度发生变化的原因是填料对材料微观结构的改变。     

热塑性聚合物基导热复合材料的研究进展

相比金属和陶瓷导热材料,热塑性聚合物基导热复合材料具有质轻、易加工成型、耐腐蚀等优点,可用于制备电池外壳、锂电池支架、发光二极管的散热壳等。介绍了固体材料导热过程中的基本概念及机理,综述了影响填充型导热复合材料导热性能的因素,探讨了聚合物基体的结构、填料本身性质及其含量、基体与填料之间相互作用等因素对复合材料导热性能的影响。     

基于粉煤灰-矿渣胶凝增强材料的研究与应用

为解决固井低密度水泥浆体系早期强度低、与水泥配伍有偏差以及成本高等问题，以粉煤灰、矿渣为研究对象，使用XRF、XRD、SEM等检测手段对原材料的化学成分、比表面积及微观形貌进行表征，得出粉煤灰、矿渣颗粒级配分布密集的区域为0.36～89.34、1.56～39.91μm，比表面积为0.822、1.790 m²/g，且呈现出光滑且密集堆积的现象。通过对增强材料作用机理分析研究，以粉煤灰水泥浆体系的抗压强度为首要技术指标，优选出无机、有机增强材料，并完成各组分配比分析研究，确定增添材料的最优化加量，形成35%KZ+8%FMH+8%WK+3%NY+2%NS+6%CS的增强材料，制备了碱激发粉煤灰矿渣复合胶凝材料，研究了碱激发粉煤灰-矿渣复合胶凝增强材料在QZ、FMH水泥浆体系不同加量的反应进程、微观结构以及抗压强度的变化规律，评价综合性能，当QZ、FMH水泥浆增强材料加量至10%、9%时，其性能达到应用要求。初步现场应用7井次，固井封固井段合格率为100%，固井质量结果达到预期目标，增强材料应用效果良好。     

自润滑浇注尼龙/石墨纳米复合材料的制备与表征

本文选用电导率、导热系数高的无机材料膨胀石墨对聚酰胺6进行原位复合改性,采用十二烷基苯磺酸钠对膨胀石墨进行表面改性,提高石墨与聚合物基体的界面相互作用,改善石墨在基体中的分散状况,制备出导电性能、力学性能等综合指标优良的PA6/膨胀石墨纳米复合材料。通过对材料力学性能、电学性能及微观形态的测试与表征,研究了尼龙/膨胀石墨纳米复合材料的纳米结构以及导电、增强机理,并且对原位插层复合反应的原理在反应中的应用进行了初步的探讨。实验结果表明:添加石墨对材料的力学性能、电学性能有所提高,石墨的微孔结构有助于原位插层复合反应的进行。     

硫铝酸盐固井水泥石-套管界面胶结强度增强机理

硫铝酸盐水泥是一种潜在固井材料，其固井界面胶结强度及微观结构尚不明确，为此进行硫铝酸盐水泥浆胶结界面胶结强度增强机理实验研究。采用X射线衍射仪研究硫铝酸盐水泥浆的水化机理，利用胶结强度测试装置测定硫铝酸盐水泥浆固井界面胶结强度，利用扫描电子显微镜和X射线能谱分析表征固井界面的微观结构及化学组分。研究结果表明:龄期为1 d、3 d、7 d时，硫铝酸盐水泥与套管的胶结强度比同龄期G级水泥分别提高了24.3%、20.1%和25.3%；微观分析结果表明，套管表面聚集着大量Al元素(AH₃凝胶)，其高聚合度可以降低界面处的孔隙率，从而提高硫铝酸盐水泥石的界面封固性能。     

自润滑浇注尼龙／石墨纳米复合材料的制备与表征

本文选用电导率、导热系数高的无机材料膨胀石墨对聚酰胺6进行原位复合改性，采用十二烷基苯磺酸钠对膨胀石墨进行表面改性，提高石墨与聚合物基体的界面相互作用，改善石墨在基体中的分散状况，制备出导电性能、力学性能等综合指标优良的PA6／膨胀石墨纳米复合材料。通过对材料力学性能、电学性能及微观形态的测试与表征，研究了尼龙／膨胀石墨纳米复合材料的纳米结构以及导电、增强机理，并且对原位插层复合反应的原理在反应中的应用进行了初步的探讨。实验结果表明：添加石墨对材料的力学性能、电学性能有所提高，石墨的微孔结构有助于原位插层复合反应的进行。     

无固相高密度深水隔热测试液体系的制备与性能评价

深水高温高压油气井测试过程中,油气与隔水管段会与海水发生热传导和热交换,使井筒中流体的温度降低,易发生低温盐析和形成气体水合物的风险。针对这一问题,基于低导热系数流体可减小井筒流体和外界海水热交换的原理,通过对基液、加重剂、缓蚀剂的筛选,制得无固相高密度隔热测试液,对其导热系数、水合物抑制性、高压盐结晶和高温腐蚀性等性能进行了评价。结果表明,配方为40%数50%低导热基液LOWCTF+0.5%除氧剂HBSJ-0+0.2%数0.3%成膜缓蚀剂HBSJ-1+2%数4%钝化缓蚀剂HBSJ-2+钙盐加重、密度为1.05数1.7g/cm3的无固相高比重隔热测试液体系具有较低的导热系数(小于0.34 W/(m·K)),良好的水合物抑制性,在-30℃下不会出现结晶,良好的抗腐蚀性能,在120数180℃下对钢片的腐蚀速率为0.004数0.041 mm/a,适用于深水高温高压井作业。     

HLC低密度高强度水泥浆体系的研究与应用

针对中原油田地层复杂,固井时易发生井漏的问题,研究开发出了HLC低密度高强度固井水泥浆体系.室内试验对减轻剂、增强增韧材料及其合理配伍性进行了优选,对用钻井液作配浆液的水泥浆性能进行了评价.结果表明,该水泥浆与钻井液有很好的相容性,能够有效提高二界面胶结质量;密度在1.55 g/cm3以上时,水泥石抗压强度均大于15 MPa;具有触变防漏作用,失水量小,对油气层污染小;水泥浆流变性、稳定性好,黏度低、动切力小,有利于提高顶替效率,还可用泥浆泵进行施工,固井操作简单,有利于环境保护和降低施工费用.HLC低密度高强度固井水泥浆的成功研发为封固低压、易漏层或长封固井段的固井提供了一种新方法.     

固井用聚电解质-疏水缔合复合悬浮稳定剂的制备与性能评价

在深层和超深层油气井固井中,受地层高温影响,水泥浆中的部分外加剂失效,导致固相颗粒沉降,浆体失去稳定性,增加固井过程中的窜流风险。以2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N,N-二甲基十八烷基烯丙基氯化铵为原料,通过正负离子间的强静电作用制备了聚电解质疏水缔合复合悬浮稳定剂（P-AB）。对P-AB的结构进行了表征,研究了其对水泥浆性能的影响,分析了悬浮稳定机理。结果表明,P-AB可通过静电作用和疏水缔合作用等形成独特的网架结构,有助于悬浮水泥颗粒,防止水泥浆沉降和自由水分离;在40～150℃下,1%P-AB水溶液可保持较高的黏度;在水泥浆中加入0.5%～1%的P-AB,200℃下养护1 d后,水泥石上下段的密度差<0.02 g/cm3,无浆体游离液。P-AB主要通过水化作用增大水泥颗粒材料沉降的阻力,并通过静电吸附、疏水缔合作用等形成致密的交联网架结构,确保了水泥在高温下的稳定性。该项技术有利于提高深井和超深井的固井质量,降低固井风险。     

关于油田固井技术的几点思考

油田固井指把水泥浆注入井壁和套管环空的整个步骤,起到层间封隔以及保护套管的作用,固井质量的优劣关乎到油井的使用年限以及资源的有效保护,所以一定要对固井施工的各个环节进行严格把控。由于钻井技术在不断发展,天然气和煤气层以及地热井等资源受到了广泛关注,使深层能源能够得到有效开发和存储是我国固井工程的核心内容,也对固井技术提出了更高的要求,本文对我国油田固井技术和发展方向进行探讨。     

国内外高温深井固井技术研究现状

随着当今探井向深井、超深井的发展,高温深井的固井也变得越来越重要.高温深井中,经常遇到高压油气层,需要用高密度水泥浆体系来平衡地层压力,同时为了防止高压地层油气水窜,需要在体系中加入防气窜剂;为防止高温油气井、气采井、地热井中温度压力的变化引起的应力破坏水泥环的整体性,国外开发了柔性水泥浆技术;另外对于含有CO2腐蚀的高温油气井,国内外常采用特种水泥体系.本文详细介绍了这几种高温深井固井新技术以及它们在国内外的的应用发展现状.     

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。     

添加导热材料提高型炭吸附剂储气性能的研究

高比表面活性炭吸附天然气技术不仅可用于天然气调峰，而且可以实现天然气的无管道输送，具有广阔的应用前景。在天然气吸附剂成型工艺过程中加入铜、铜铝混合物、铝和天然石墨等导热材料，可以增大型炭吸附剂的导热性、降低吸附热效应进而提高吸附剂的储气性能。为此，实验考察了导热材料对型炭吸附剂吸附性能、块密度、成型工艺参数、热导率和吸附热效应的影响。结果表明，天然石墨是一种性能良好的导热材料。在25 ℃、充气压力5.0 MPa下，石墨加量为5%的型炭对甲烷的吸附/脱附量达到180/170(体积比)，比无导热材料型炭分别提高了13.2%和19.7%。     

耐高温油井水泥缓凝剂SCR180L 的合成及评价

针对深井、超深井、长封固段固井中大温差下水泥浆顶部强度发展缓慢或超缓凝的难题,以2- 丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸（AMPS）、N- 乙烯基吡咯烷酮（NVP）和衣康酸（IA）为原料开发了新型高温缓凝剂SCR180L,并用红外光谱对共聚物的结构进行了表征。室内研究表明,SCR180L 可满足循环温度范围为70~180 ℃的固井需求;100 ℃、50 MPa 下,加入0.9%~1.8%SCR180L 的水泥浆稠化时间延长到127~331 min;150 ℃、70 MPa 下,加入2.7%~3.6%SCR180L 的水泥浆稠化时间延长到214~409 min,且随缓凝剂的加量增加而有规律的延长;温差70 ℃条件下水泥浆强度发展良好,24 h 水泥石强度大于14 MPa;缓凝剂抗盐能力可达到18%。现场应用结果表明,缓凝剂SCR180L 耐温性能好,温度适应范围广,对水泥石抗压强度的影响不明显,可以满足深井、超深井及长封固段、大温差固井的应用需求。     

胜利油田深探井固井技术难点与对策

针对胜利油田深探井固井面临地层压力层系多、井壁稳定性差、高温、高压等复杂地质条件,固井施工工艺复杂,压稳、防漏难度大,固井工具可靠性差,导致固井质量合格率偏低等问题,通过系统分析固井技术难点及其主要影响因素,研究了配套的深探井固井工艺技术。针对深探井高温、高压条件下进行固井施工时防窜、防漏等的需要,研制了高温水泥浆、晶格膨胀水泥浆、低密度高强度水泥浆、防窜抗渗水泥浆等4种水泥浆体系;通过压稳设计分析、钻井液性能调整、前置液优选、高压井防窜、固井工具优选等,研究了具有针对性的固井技术措施。2012年,该深探井固井工艺技术在胜利油田61口井进行了现场应用,结果表明,固井质量得到明显提高,其中第二界面固井质量合格率由之前的40%~50%提高到82%。实践证明,综合配套的深探井固井工艺技术能够满足该油田深探井固井施工需要。      

深井水泥石低温下强度增长剂的应用

针对中原油田油气层埋藏深、油气分散、地温梯度高、深井井底温度高、封固段长、水泥浆低温下不易凝固、水泥石强度发展慢等问题,研制出了一种水泥石增强剂G606.这种外加剂加入水泥浆后对流动度影响不大,降低了水泥浆失水量,对稠化时间有一定的影响,特别是低温下稠化时间大大缩短.现场应用表明,采用增强剂G606配制的水泥浆性能稳定,可调性强;稠化曲线呈直角,有利于阻止油气水窜槽,低温下水泥石强度发展快,克服了低温下水泥浆长期不凝固的难题,完全可以满足正常测井和井下作业需求.加入增强剂G606的水泥浆在36口深井中固井,固井施工顺利,固井合格率为100%,优良率为89%.     

川渝地区“三高”气田超深井固井隔离液应用实践

钻井液和水泥浆的理化性质存在本质差异,超深井固井作业时,二者极易发生化学污染,不但影响顶替效率,而且危及固井施工安全,这在"三高"(高压、高含硫、高危)气田超深井固井作业中尤为突出。为此,针对上述问题,提出了超深井固井隔离液的设计原则和配制工艺,并对相容性实验以及现场施工关键技术进行了深入研究和总结,现场固井实践认为:①隔离液的使用是保障"三高"气田超深井固井作业安全和提高顶替效率的重要举措;②应对隔离液的沉降稳定性与钻井液、水泥浆的化学兼容性予以充分重视,确保隔离液不沉降,对水泥浆的稠化时间无不良影响,防止发生井下复杂情况;③前后隔离液防污染技术可有效防止尾管固井工程事故的发生。隔离液的正确使用可有效地防止化学污染、保证固井作业安全和提高顶替效率。     

深井无固相压胶塞隔离液的研究与应用

柴达木盆地深井固井作业中,由于某些钻井液性能不达标或胶塞封闭不严致使部分水泥浆与顶替钻井液发生絮凝反应等原因,导致固井质量电测仪器下不到井底。为此,研制了无固相压胶塞隔离液。通过压胶塞隔离液的抗水泥浆污染性能、高温稳定性能和沉降稳定性能等评价实验,优选出深井完井压胶塞隔离液配方。现场应用结果表明,在胶塞和顶替钻井液之间的300~500 m的无固相隔离液段,可有效阻止套管内残留水泥浆与钻井液发生絮凝反应,并减缓固相颗粒的沉降堆积,保证电测仪器顺利下井。使用无固相压胶塞隔离液的37口深井,完井固井质量电测一次成功率达到了100%,有效缩短了完井作业施工周期。     

提高矿渣石高温高压强度的方法探讨

MTC固有井技术中深井和深井高温高压井段固井质量均差于浅井。通过室内实验分析可知，水灰比，矿渣活性，激活剂，助剂种类以及加强，分散剂，钻井液加量，降失水剂，PH值及其它水泥化质都影响矿渣石高温高压强度，对提高砂渣石高温高压强度的方法进行了探讨，并提出了相应的措施，即：设计出合理的矿渣浆密度；选择具有良好配伍性的降失水剂；选用活性的矿渣，活性的判断可采用MTC法；加入20％－35％的预水化钻井液，根据并底温度确定加量；加强设备的管理和维修，确保固井施工的连续和注浆的泵速；实验确定激剂，助剂比例关系，采用高效分散剂或者复配其他缓凝剂增加助剂的加量，最终提高矿渣石的高温高压强度。现场应用表明，通过采用上述方法提高矿渣石高温高压强度；提高了中深井和深井高温高压井段的固井质量。     

微硅低密度水泥在塔北深井固井中的应用

介绍了微硅低密度水泥浆外加剂的优选、配方及其性能特点,探讨了微硅低密度水泥现场混配方法和施工工艺。经在5口深井固井中应用,有效地防止了注水泥漏失及地层损害。该水泥与多种外加剂具有良好的配伍性,性能易于调节,施工简单。