非放射性水泥浆密度流量自动测量系统

采用无放射性的直接式科氏力传感器、计算机和无线通讯技术，实现固井水泥浆密度、流量在线高精度自动测量，克服了以往人工测量、放射性密度计、涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计等测量方法的缺陷，解决了油田几十年来固井水泥浆密度流量参数测量的难题。系统已在辽河、大港和塔里木油田成功地应用     

霍10井超高密度水泥浆固井技术

霍10井是新疆油田公司准噶尔盆地南缘霍尔果斯背斜的一口重点探井,为寻找南缘新的勘探领域、研究南缘的油气及油气分布规律而部署.该井属于典型的高压油气井;第三系安集海河组以下地层均存在异常的高压地层,并且受山前构造高地应力的影响,井壁易塌、易漏、易缩径,地层极不稳定,目的层可能存在高压气层,不确定因素很多;固井施工工艺复杂,施工技术难度大.分析了霍10井的固井难点,进行了技术准备,采取了一些技术措施,配制了密度高达2.60 g/cm3的超高密度水泥浆,改进了固井设备,优化了固井参数,通过研究与应用,形成了一套超高密度水泥浆固井技术.应用所研究的技术在霍10井进行现场固井施工,固井质量为合格.     

超高密度水泥浆固井技术

新疆准噶尔盆地南缘地质情况复杂,钻井过程中事故频繁、钻井速度慢、钻井周期长、井眼质量差,给固井作业造成了系列技术难题。为此,我院从1996年即开始对超高密度水泥浆固井技术进行了深入、系统的研究,包括超高密度水泥浆设计及混配技术、高压井套管的强度设计及安全下入技术、窄安全压力窗口平衡注水泥技术、超高密度水泥浆顶替超高密度泥浆提高顶替效率技术和超高压地层流体压稳候凝技术,并通过单项技术的有机合成,形成了配套的超高密度水泥浆固井技术。该技术在安4井φ177.8mm技套固井首次应用并取得成功以后,又先后在安4井、霍10等多口井的油层套管固井中获得成功,取得了良好的应用效果。     

TS2井超低密度水泥浆固井技术

TS2井是中国石化西北油田分公司在新疆塔河油田库车县境内部署的一口风险探井,处于低压易漏区块。在没有该区块类似井况固井先例的情况下,研究了该井的固井技术难点、固井技术措施,优选水泥浆体系,并基于颗粒级配理论提高PVF,使用国外先进减轻材料,调制出密度为1.25g/cm3的超低密度水泥浆进行固井作业,施工顺利,质量优良率82.32%。图2表4参2     

元坝21井超高密度水泥浆固井技术

为满足四川地区高温高压(含硫化氢)气井固井的需要及进行技术储备,通过长时间的技术探索和大量的室内实验工作,研究总结出一套适合高温高压井的水泥浆体系和固井工艺。此水泥浆体系密度能够达到2.55g/cm3,并且在流动度大于21 cm的情况下2 h上下密度差仍能保持在0.03 g/cm3以下,且具有低失水,高强度,稠化时间线性可调等优点。此技术已成功应用于密度窗口窄的元坝21井超高密度水泥浆尾管固井施工中,施工过程顺利,固井质量良好。     

官深1井超高密度水泥浆固井技术

为解决异常高压气层和高压盐水层固井的实际困难,采用新型超高密度加重材料、超细加重稳定剂与其他填充剂进行颗粒级配,形成了密度为2.60~2.85 kg/L的超高密度水泥浆体系。该体系具有流动性好、强度高、抗高温、防窜能力强、对温度及密度变化自适应、施工安全性高、顶部无超缓凝的优点。针对超高密度水泥浆现场施工工艺,进行了超高密度材料灰样混配方案设计、高密度灰样模拟运输测试等研究,并通过优化施工方案,形成了超高密度水泥浆配套固井工艺技术。该技术在官深1井三开固井中成功应用,入井隔离液平均密度为2.75 kg/L,水泥浆平均密度2.78 kg/L,创造了国内入井水泥浆密度最高纪录。      

川西超高密度水泥浆固井技术

中国石化西南分公司在川西凹陷孝泉—新场构造带上部署了一系列预探井,以探索孝泉构造上三叠统须家河组二段各砂组含气性为主要目的。但在钻进过程中出现多次复杂现象,特别是在三叠系上统须家河组五段至三段,井漏和溢流频发,压力系统多且存在异常高压层段,固井施工难度极大。选取了该区块具有代表性的新场12井技术套管固井为例,对该井地质构造、井身结构、井眼状况等进行了介绍,对固井难点进行了分析,提出了的固井技术措施建议,特别针对新场12井在须家河组五段至三段异常高压的情况,通过大量室内实验,研究和配制了密度高达2.45g/cm3的水泥浆,经过充分的准备工作,成功进行了该井Φ193.7mm技术套管下深4697m的一次性固井施工,为解决川西地区超高压气井固井难题打下了良好的基础。     

固井水泥浆密度的自动控制

在水泥浆密度自动测量装置的基础上，结合我国大部分油田固井工艺的现状，提出了一种固井水泥浆密度自动控制方案，采用ＰＩＤ控制规律，选用对数型调节阀，通过调节水量，即通过调节喷射水的返回量或辅助水量，达到水泥浆密度自动调节的功能。现场模拟试验证明：方案简单可行、精度高、完全可以取代人工调节。     

降低固井水泥浆密度的新技术

针对现有低密度固井水泥浆存在的一些问题,介绍了一种有效降低水泥浆密度的新技术,即使用新型密度减轻材料———美国3M公司生产的中空玻璃微球(HGS)作为密度减轻剂。介绍了中空玻璃微球HGS的基本特点,对HGS低密度水泥浆进行了杨氏模量和抗张强度实验、压力和温度循环下的胶结强度实验、钻穿测试实验及现场测试,并与泡沫水泥浆和硅酸钠水泥浆进行了对比。实验及测试结果表明,添加了中空玻璃微球HGS的水泥浆有效地降低了密度,并且其混合、泵送及抗压强度、胶结质量等完全可以满足井下作业的要求。     

二连盆地低阶煤层超低密度水泥浆固井技术

为解决二连盆地低阶煤层常规低密度水泥浆固井漏失严重、返高低等难题,针对该煤矿区微裂缝较发育、岩层强度低导致承压能力低的特点,研发出一套超低密度水泥浆体系,配套使用的稳定增强材料解决了配制超低密水泥浆时易出现的微珠上浮、水泥下沉的分层离析现象,同时分析了水泥浆体系失水对煤储层的影响。该超低密度水泥浆的现场应用密度最低达1.06 g/cm3,流动度控制在19～20 cm,析水为0 mL,30℃稠化时间控制在1.5～4.5 h,API失水量小于50mL,24 h抗压强度大于3.5 MPa,72 h抗压强度大于6.0 MPa,综合性能优良。该超低密度水泥浆体系已在华北油田的二连盆地应用5井次,均实现了单级固井返至井口的要求,固井质量合格率为100%。      

低密度水泥浆体系的制备和室内性能评价

为改善固井质量,解决低压易漏井固井水泥浆漏失和对油气层的伤害,研制出一种漂珠微硅复合低密度水泥浆体系。确定了此水泥浆体系的最佳配方:漂珠加量90 g,微硅加量30 g,降失水剂加量1.7%,分散剂加量1.3%,早强剂CSA-1加量1.4%,消泡剂Fry加量0.2%。室内研究结果表明,当电压为7 V时,该水泥浆体系的稠度为27 BC,稠化时间为170 min(稠化时间较短);流动指数n为0.553,API失水量为90.0 mL,游离液含量仅为0.1 mL,24 h抗压强度为15.08 MPa,可满足低压易漏及欠平衡钻井的固井要求。     

新型抗高温粉煤灰低密度水泥浆

针对目前粉煤灰低密度水泥浆体系高温下沉降稳定性差及顶部水泥石抗压强度发展缓慢等问题,测试了在中高温条件下粉煤灰、微硅类稳定剂加量对水泥石强度的影响,实验发现微硅类稳定剂在高温条件下(≥125℃)会阻止粉煤灰水泥浆抗压强度正常发展。通过研究出一种新型高温增强剂,保证了粉煤灰低密度水泥浆体系的高温稳定性,并解决了目前粉煤灰低密度水泥浆体系存在的高温强度发展异常、强度很低等问题,最后开发出一套密度为1.50~1.60 g/cm3的粉煤灰低密度水泥浆体系。该体系具有沉降稳定性好、API失水量小、稠化时间可调等性能,水泥石抗压强度较高且顶部抗压强度发展良好,130℃下静胶凝强度的过渡时间为18 min,能够满足85~130℃的大温差高温固井。     

三探测器密度测井仪测量套管厚度和水泥环密度

为研究套管井的套管厚度和水泥环密度测量,采用MCNP数值模拟软件进行了三探测器密度测井的基本理论研究、自然伽马能谱分析、套管厚度的测井响应分析,以及水泥环密度的测井响应分析,并建立合理的解释模型。确定计数率的主要影响因素、计数率与主要影响因素的函数关系以及三探测器密度测井仪测量套管厚度和水泥环密度的数据处理方法。进行测井数据处理时发现,无论地层条件如何变化,所得套管厚度值均较为准确,而要得到准确的水泥环密度值,水泥环厚度应大于2.5cm。通过在塔里木盆地大北克深地区计算套管厚度和水泥环密度,该方法取得了较好的效果。     

霍10井超高密度水泥浆固井技术

霍10井是新疆油田公司准噶尔盆地南缘霍尔果斯背斜的一口重点探井。该井属于典型高压油气井。根据霍10井的固井难点，制定了合理的固井技术措施，配制了密度高达2．60g／cm^3的超高密度水泥浆，并采用了一套超高密度水泥浆固井地面施工技术。在霍10井进行现场固井施工，取得了理想效果。     

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。     

高密度抗盐水泥浆体系研究

针对高温、高压盐层中固井出现的各种问题,研制出两种高密度抗盐水泥浆体系。对两种高密度抗盐水泥浆体系配方各组分进行筛选实验,结果表明,分别以重晶石、铁矿粉为加重剂,另加SZ1—2降失水剂、SXY分散剂、KQ—D防气窜剂、SN-2A和CST-2缓凝剂及DGN多功能外加剂可配制密度分别为2．2和2．4g／cm^3抗盐水泥浆体系。两种高密度抗盐水泥浆体系均具有在淡水和18％盐水中流变性好、触变性强、失水量小、抗压强度高和稳定性好等特点,能克服常规水泥浆盐层固井中出现的问题。     

超低密度水泥浆体系设计和研究

欠平衡钻井的发展和某些低破裂压力地层要求固井水泥浆密度低于1.20 g/cm^3,有些甚至要求水泥浆密度低于1.00 g/cm^3。为此,引入了超低密度水泥浆的概念;分析了所使用的减轻材料选择依据,提出超低密度水泥浆设计原理,超低密度水泥浆密度可达0.96 g/cm^3;讨论了超低密度水泥浆稳定性、失水、强度等性能,并对超低密度水泥浆的综合性能进行了试验,结果表明其综合性能优良,可以满足各种固井工程的应用要求。     

新型油井水泥消泡剂的研制

针对油井水泥浆,特别是胶乳水泥浆体系,在配水时和混配时产生大量的气泡,且气泡难以消除导致水泥浆密度降低、下灰和泵送困难的现状。研制出一种新型油井水泥消泡剂,该消泡剂可抑制配浆水泡沫和消除油井水泥混配时的泡沫,针对胶乳水泥浆体系有很好的消泡和抑泡作用。在4 000 r/min的搅拌下,配浆水和油井水泥浆体系的消泡时间小于10 s,发泡高度小于10 mm ;而且对其流变、强度及稠化实验没有负面影响。合成工艺简单,开展了吨级中试,中试产品已经用于现场的固井技术服务,具有推广应用前景。      

威远页岩气水平井高密度防窜水泥浆固井技术

威远地区页岩气井固井存在地层压力高、水泥封固段长、顶底温差大、后期需要进行高能射孔完井和多级压裂作业等特点,这些都对水泥浆性能提出了较高的要求。针对这些问题,采用降失水剂DRF-120L、高温缓凝剂DRH-200L、高温稳定剂DRK-3S、胶乳防窜剂DRT-100L和精铁粉研究出了密度范围为2.20~2.40 g/cm3的高密度防窜水泥浆体系。研究结果表明,该水泥浆体系具有稳定性好(上下密度差为0)、流动性好、无游离液、失水量低(小于50 mL)、弹性模量低(小于7 GPa)、抗压强度适中和防窜能力强(过渡时间均小于10 min,SPN值均为1.47~1.80)等特点,其各项性能指标达到了川南地区页岩气井的固井要求。截至2015年3月底,该体系已在威远地区应用了13口井,截至2015年6月底,在已进行电测的6口井中,4口井优质,2口井合格,固井质量均较好。      

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。