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针对国内油气田复杂地层固井时的水泥浆低返及射孔和后续增产措施造成的水泥环脆裂（即二次窜流）问题，研制开发了F27A型油井水泥防漏增韧剂，并对其防漏性能、水泥石的各种力学性能（抗折强度、抗冲击功和弹性模量）及水泥浆体系的工程性能进行了研究。此外，还进行了聚能射孔模拟试验、1口井注水泥塞堵漏试验和5口易漏井的固井施工。室内研究和现场试验证明：F27A油井水泥防漏增韧剂具有优异的防漏堵漏、增韧和抗冲击作用，其综合工程性能也满足易漏地层固井施工的技术要求。     

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随着油气田勘探开发技术的深入发展,深井,超深井的数量不断增多,深井,超深井的特点是：井深,温度高,水泥环薄,固井难度大,而各种增产工艺,措施和后期作业对油气井固井质量也提出了更高的要求。水泥本身具有硬和脆的性质,受后续施工,射孔或由由于地层条件下复杂作用力的影响,易发生脆裂,或与套管,井壁剥离,影响油气井后期开采,缩短油气井的寿命,文章通过研究深井塑性水泥原理,提出评价方法和塑性水泥配方,进行了塑性水泥施工性能的力学性能的大量实验,并在此基础上完成了20井次注水泥施工,实践表明,塑性水泥具有优良的综合性能和抗外冲击能力,施工方便,能提高深井复杂井的固井质量。     

抗冲击韧性水泥浆体系室内研究

固井施工中,由于某些原因在水泥石中形成许多初始缺陷,在射孔、压裂等作业产生的冲击载荷作用下,初始缺陷的裂纹尖端处会形成高度的应力集中,随着应力水平的发展,裂纹将迅速扩展,形成裂纹、裂缝,造成油气层段窜槽,给射孔后开发和改造挖潜等增产措施带来极大困难.通过研究和分析水泥石环发生破坏的情况及应力变形特征,研究出水泥石塑性较高而脆性较小的抗冲击韧性水泥浆.对水泥石抗压强度、抗折强度、动态弹性模量、泊松比、最大扰度、动态断裂韧性和射孔损伤程度等参数的测试表明:水泥浆中加入改性纤维、聚合物对水泥石的动态力学性能有明显提高;水泥石抗压强度越高,脆性越大,弹塑性、断裂韧性越弱;采用抗冲击韧性水泥浆,水泥石塑性较高而脆性较小,水泥环具有一定的抗冲击性和韧性,可减小井下作业对水泥环的损坏,降低、节省修井费用,延长油气井的寿命,提高采收率.     

复杂应力环境下纤维水泥阻裂机理实验研究

水泥环在井下复杂应力环境下易发生脆裂而引起"二次窜流"。在水泥中加入纤维可以改善水泥环的韧性。利用电镜扫描的手段对纤维水泥石受拉、受压以及受射孔冲击破坏产生的裂纹进行的镜像分析实验表明:纤维的存在会使水泥石微裂纹处局部强度增加,从而增加了水泥石抗压强度。同时,纤维的加入使得水泥石的断裂应力强度因子降低,从而增强了水泥石的抗断裂能力。不论裂纹发展方向与纤维长度方向垂直还是一致,纤维—基体界面对裂纹的发展都有一定的阻挠作用。在纤维水泥石受压、受拉以及射孔的破坏过程中,纤维对裂纹的发展都起到了阻裂作用。这种阻裂作用增加了水泥石的韧性,一方面有助于射孔完井作业的顺利完成;另一方面有助于水泥承受复杂的井下应力,进而减少"二次窜流"现象的发生。根据纤维水泥阻裂的机理,建立了纤维水泥阻裂的力学模型。     

纤粒复合型油井水泥石增韧剂的性能及机理研究

针对国内油田油气井因后续施工(射孔、压裂、酸化等)造成水泥环脆裂的问题,根据断裂力学原理和复合材料理论设计配方,选用GX(1.0%的特种无机富硅纤维 2.5%的有机弹性颗粒)作为油井水泥石增韧材料;并对掺有GX的油井水泥浆的工程性能、物理性能、与其他外加剂的配伍性以及水泥石的微观结构进行考察,结合性能评价试验,分析了GX在水泥石中的增韧作用机理。结果表明,GX可以显著提高油井水泥石的韧性和弹性,并且与其他外加剂配伍性良好。     

固井纤维水泥射孔实验研究

为进一步了解纤维水泥改善水泥石射孔后出现脆裂的情况,通过实弹射孔及射钉枪射孔实验,研究了纤维对射孔后水泥石的阻裂机理,并利用电镜扫描的手段对射钉枪射孔后留下的孔道以及孔道周围的裂缝进行了分析,研究表明:小试件条件下,实弹射孔试验过程中无纤维水泥试件形成毁坏性的破碎,而纤维水泥在射孔后可以保留完整的孔道,证明了纤维水泥有助于射孔完井作业的成功;纤维水泥石受到射孔冲击后,纤维可以吸收外来冲击波的作用,减缓水泥石的变形,从而破坏强度不至于任其裂纹发展形成脆性破坏;在孔的壁面上可以明显看到纤维对裂纹的阻裂作用;纤维的桥联作用增加了水泥材料本身的临界能量释放率,这使得纤维水泥石在完成钢钉枪射孔后孔内剖面比较完好。     

油井水泥环降脆增韧作用机理研究

针对油井水泥环井下易脆裂问题,对脆性水泥环破坏的根本原因进行了研究.结果表明,水泥石内部化学键断裂导致内部裂缝的扩展是水泥环后期层间密封性能失效,并诱发环空窜流的主要原因之一.实验研究了外加剂及外掺料对油井水泥石脆性改善的微观作用机制,建立了包括结晶相、凝胶相、粒问充填及粒问搭桥在内的基质塑化设计模型.利用此设计模型开发了多元材料复合增韧水泥石,与常规水泥石相比,其力学形变完整性的保持能力有较大的提高,适应井下工况环境变化的能力得到增强,可满足油气井后期安全开发生产的需要.     

DRK韧性水泥浆体系的研制

为了提高油井水泥环抗射孔、压裂等动态冲击能力,提高水泥环射孔后层间密封能力,进行了提高水泥石韧性试验研究。研制出了抗冲击韧性水泥外加剂。该外加剂主要是在胶联剂的作用下通过高分子聚合物型增韧剂提高水泥石的韧性和变形能力,并在室内进行水泥浆常规性能评价试验基础上,利用材料动态力学性能测试装置和射孔模拟实验装置进行了抗射孔冲击能力的评价试验和现场射孔对比试验。试验表明,DRK韧性水泥浆具有速凝、早强、低失水和"直角稠化"的特性,有利于防止和控制水、气窜的发生,不仅能有效地提高固井质量,而且能够提高水泥环的抗射孔(或压裂)冲击能力,有利于延长油井寿命,提高产能。     

水镁石纤维对固井水泥石力学性能的增强效果及机理

固井水泥石的脆裂微裂缝破坏了水泥环完整性,从水泥材料方面改善水泥石的性能一直是国内外固井界研究的一个热点。为此,实验研究了水镁石纤维对水泥石劈裂抗拉强度、抗压强度和抗折强度的影响;模拟井下环境进行了水镁石纤维水泥石的三轴应力-应变测试;使用扫描电镜观察水镁石纤维水泥石的微观形貌,进而探讨了水镁石纤维对水泥石的增强机理。结果表明：①水镁石纤维掺量适当时,水泥浆的应用性能良好;②水镁石纤维显著增强水泥石力学性能,水镁石纤维掺量为5.0%（质量分数）时,水镁石纤维水泥石的28 d劈裂抗拉强度、抗压、抗折强度较之纯水泥石分别提高32.8%、15.3%和32.2%,而其弹性模量较之空白试样水泥石降低34.5%;③水镁石纤维的亲水性良好,可在水泥石中乱向分布形成三维网络结构,通过拔出耗能作用和桥联作用控制了微裂纹的产生和发展,增强了水泥石力学性能。     

DZF-1防漏增韧水泥浆体系研究与应用

针对大庆油田低压易漏井固井时水泥浆低返现象及油井后期射孔、压裂等增产措施造成的水泥环脆裂问题，研发了DZF—1防漏增韧水泥浆体系，应用聚能射孔模拟试验方法研究分析了水泥石各种力学性能（抗折强度、抗）中击功、弹性模量），阐述了纤维材料对提高水泥石韧性和防漏作用机理。现场试验表明，DZF—1防漏增韧水泥浆体系具有良好的防漏堵漏、增韧和抗冲击作用，水泥浆各项性能满足了固井施工的技术要求。     

紧密堆积优化水泥浆体系的优势与应用

利用紧密堆积理论,通过调节混合物固相的不同颗粒尺寸分布,使干混合物的堆积体积分数大于0.8而得到紧密堆积优化水泥浆(CemCRETE)。CemCRETE由于固相含量高、混合需水量低,液固比低,抗压强度发展快,使候凝时间缩短,建井速度加快,最终的抗压强度高;水泥石的渗透率小于0.05×10-3μm2,孔隙度一般为35％～45％,具有较好的防窜能力;水泥石收缩小,具有较好的层间封隔;CemCRETE水泥环还具有良好的耐久性、抗腐蚀性和抗射孔冲击能力。含高固相的优化水泥浆体系并不影响其密度和流变性,即使在高密度下也有恒定的粘度,胶凝强度低,滤失量和提粘效应低,易于混合和泵送,沉降稳定性好。低密度高性能水泥浆(LiteCRETE)是薄弱地层固井的理想材料,可用于打造斜塞、固尾管和浅层低压井固井,减少下套管柱层次和危险的多级注水泥作业及补救工作;高密度高性能水泥浆(DensCRETE)在高密度下提供较好的流变性,可现场调节密度和改善井控,在打造斜塞和高压注水泥作业中非常有效,可用于小井眼窄环空的固井;挤注水泥浆(SqueezeCRETE)具有滤失量和提粘效应低的特点,穿透较深,其高强度、低渗透率、低失水量的特性改善了注入条件,提高补救注水泥的成功率,并成为封堵废弃井的合适材料,常用于其它水泥材料不能修补的井眼问题;深水水泥浆(     

柠檬酸对油井水泥的作用初探

柠檬酸是一种较强的有机酸,离解度较大,离解后的离子对水泥浆具有缓凝作用和分散作用,但柠檬酸的作用不仅如此,室内实验结果表胆,柠檬酸影响水泥石强度的发展,在中,低温情况下随着加量的增大,柠檬酸具有较强的缓凝作用,但在高温情况下,缓凝效果呈一条曲线,在加量大于0．8％时,表现为促凝,在各种温度下,柠檬酸对水泥浆都具有分散作用,对盐水水泥浆的分散作用尤其突出,柠檬酸能够改善水泥浆的析水量,然而柠檬酸易被各种氧化剂氧化,因此对不同水泥浆体系性能的影响不稳定,如果水泥外加剂中含有醇类,或体系温度过高,柠檬酸将发生反应并失去,但在中,低温情况下,性能比较稳定。     

选择性渗透水泥石

分析了欠平衡钻进井眼的固井、产层堵漏和油层防砂开采作业中存在的问题，提出了解决这些问题的思路和选择性渗透水泥石的概念。选择性渗透水泥石不仅具有选择渗透性，而且具有选择相渗透性，它主要由水、水泥颗粒、增孔剂颗粒、连通剂和相渗剂等添加剂组成，增孔剂主要作用是增加水泥石的空隙度，连通剂主要作用是连通增孔剂、水泥颗粒之间的空隙，相渗剂主要作用是增加体系的相渗能力。选择性渗透水泥浆具有强的触变性，使水泥浆进入地层裂缝和孔隙中后，由于形成较大胶凝强度，阻止水泥浆的流动，减小漏失深度；该体系固相含量高，固相颗粒粒径分布范围宽，使其在较大裂缝和孔隙中多颗粒架桥的概率增大，封堵性增强；水泥石抗压强度较高，能满足某些特殊井固井、油井堵水、产层堵漏、油层防砂工艺的要求；水泥石具有很好的堵水输油性能，无论是单相渗流，还是两相同时渗流，油相的渗透性均好于水相的渗透性。     

抗高温低密度水泥浆体系的研究

室内确定了一种适用于热采井(井深约2000m,蒸汽驱时温度为350℃)的抗高温低密度水泥浆体系。该水泥浆体系密度在1.40-1.60g/cm3之间可调;失水量低;低温(40℃)养护后,早期强度大于15MPa,远高于一般的低密度水泥浆体系;高温(350℃)养护后,水泥石强度仍大于10MPa,体现了其优异的抗高温强度衰退性能。同时对该体系的降失水、调凝,增加早期强度和抗高温的作用机理作了初步的探讨。     

各种因素对水泥石抗压强度的影响

使用美国 EG&G CHANDLER 公司研制的 4265 型超声波强度测定仪,考察了未加砂水泥浆和加砂水泥浆 24 h 内的强度发展趋势,以及 CH20L 高温水泥浆体系各组分用量对加砂水泥浆 24 h 内抗压强度的影响。结果发现,CH20L 未加砂水泥浆强度呈对数曲线发展,CH20L 加砂水泥浆强度呈二级台阶走势发展,且未加砂水泥浆 24 h 内的强度发展比加砂水泥浆快;早强剂和降失水剂用量的增加及pH 值的升高使加砂水泥石 24 h 强度有所增大,缓凝剂和分散剂用量的增加及水泥浆密度的减小使水泥石 24 h 强度有所减小;不同批样水泥由于化学成分等的差异导致其水泥石强度发展曲线不同。     

世界主要固井公司基本水泥、特种水泥及外加剂产品汇总

表8充填荆和密度减轻剂 液体(悬浮液)按需供应BA一58LLW一SLD155一 FS一101 一液态硅质岩M Icrob】汉kM iLrusil一15L玻璃微珠Scotehlite.件或相似材料小珠按需供应LW一7一2LW一7一4按需供应玻璃珠Nowspheres 2000Esfelite火山灰微珠由煤燃烧形成的粉煤灰中提取粉末如 小珠C球LW一6D124陶珠 }S伴relite一NowsPheres 7000硅酸钠粉末或珠状偏硅酸钠Tb朽于ry MixDiaee】A偏硅酸钠 D79Diaee1ATXC一l Ee‘)n()!lte一nace,AEXCSE一15液体硅酸钠(液体) T卜rifty MixL硅酸钠(液体)D75EXT一100Eeonolite(液体)EXC一L专用充填…     

Properties and Application of Oil-well Cement Enhanced with a Novel Composite Toughening Agent

Brittle fracture of cement sheath, induced by perforation and stimulation treatments, can cause cross flow of formation fluid and increase casing damage. A novel agent XL was developed for solving the problem. Experimental results showed that the toughness of the set cement containing XL was improved remarkably. The engineering properties of the slurry containing XL, drag reducer USZ (0.2% BWOC), filtrate loss additive F17B (1.2% BWOC) and crystalloid expanding agent F17A (3% BWOC) could meet technical requirements of cementing operation. After perforation, good quality cement sheath enhanced with XL was observed by CBL/VDL logs in a deep well.     

泡沫水泥浆固井工艺技术

花土沟油田是青海石油管理局1个开发多年的主力油田,井深为1300m左右,现在所钻的井多为调整井,地层压力系数很低,仅为0.6~0.8,油层分布特点是薄、散、多,且上部80~150m还有浅气层,油层固井要求全井封固,水泥返至地面。该区块原来油层固井合格率为92%,优质率仅为48%,固井质量严重影响了该油田的产能建设和合理开发。为了解决这一固井难题,对泡沫水泥浆固井技术进行了研究,并对5口井进行了油层封固,固井施工顺利,未发现漏失现象,经声幅测井证实,5口井水泥均返至地面,油层固井优质率高达100%。实践证明:这种新型的低密度化学泡沫水泥解决了低压易漏井、长封固段井和稠油热采井的固井难题,提高了固井质量,缩短了建井周期,节约了成本,经济效益十分显著。     

水泥候凝时间及其影响因素的试验研究

针对温度,水灰比,缓凝剂这些影响水泥候凝时间的主要因素展开了试验研究。试验结果分析得出：（1）对同一温度同一缓凝剂,水灰比每减少约105,最佳时间相应减少1－3h;（2）对同一水灰比同一缓凝剂,温度每升高10℃,最佳测井时间缩短约2h;（3）对同一温度同一水灰比,缓凝剂增加0．2％,最佳测量时间延迟2－3h,（4）温度,水灰比,缓凝剂都是单独起作用,相互不受影响。     

一种固井合成水泥石的研制与室内评价

对一种基于环氧树脂的合成水泥石技术进行了研究,通过研制不同密度的浆体,考察了浆体在不同温度下的可泵性、力学性能、抗污染性能、胶结强度以及清洗问题。研究结果表明,采用减轻剂(如玻璃微珠)或加重剂(如炭黑、micro Max),并配套防沉降剂,可得到密度范围为0.8~1.80 g/cm3的合成水泥石;采用不同活性芳香胺类固化剂、固化促进剂及其组合,可实现合成水泥浆在45~125℃范围内的泵送要求;合成水泥石力学性能远好于基于橡胶粉改性的弹韧性水泥石;合成水泥浆抗油基钻井液污染可达30%。另外,合成水泥浆还能明显提高油井水泥的胶结强度;使用20%的乙醇水溶液,可较容易地清洗残留在器皿上的合成水泥浆。该合成水泥石是一种非常理想的油井封隔材料。