高温高压固井降失水剂的研究

针对高温高压地层固井难度大，对水泥浆性能要求高，目前中国使用的固井降失水剂普遍存在抗盐、抗高温能力差的问题，以丙烯酰胺（AM）、N，N二甲基丙烯酰胺（DMAM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸（AMPS）为原料合成了新型油井水泥降失水剂，对其在淡水、盐水和高密度水泥浆体系中的性能进行了评价。研究表明，该聚合物在90℃时能将淡水水泥浆的失水量控制在50mL左右，对盐水水泥浆的失水量也有较强的控制作用；该降失水剂在温度150℃以内都能保持水泥浆体系具有较低的滤失量；在高密度水泥浆中表现出了较高稳定性和配伍性。     

AM/DMAM/AMPS降失水剂的研究

以丙烯酰胺(AM)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸(AMPS)为原料合成了新型油井水泥降失水剂,对其在淡水、盐水和高密度水泥浆体系中的性能进行了评价.研究表明,该聚合物在90℃时能将淡水泥浆的失水量控制在50 mL左右,对盐水泥浆的失水量也有较强的控制作用,该失水剂能保持水泥浆体系在温度150℃以内都具有较低的滤失量,在高密度水泥浆体系中表现出较高稳定性和配伍性.     

高温高压固井降失水剂的研究

针对目前国内使用的固井降失水剂普遍存在抗盐、抗高温能力差的问题,以丙烯酰胺(AM)、N、N二甲基丙烯酰胺(DMAM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸(AMPS)为原料合成了新型油井水泥降失水剂,对其在淡水、盐水和高密度水泥浆体系中的性能进行了评价,评价结果表明,该聚合物在90℃时能将淡水泥浆的失水量控制在50mL左右,对盐水泥浆的失水量也有较强的控制作用,且该失水剂能保持水泥浆体系在温度150℃以内都具有较低的滤失量,在高密度水泥浆体系中也表现出较高的稳定性和配伍性。     

高温高压固井降失水剂的研究

针对目前国内使用的固井降失水剂普遍存在抗盐、抗高温能力差的问题，以丙烯酰胺（AM）、N、N二甲基丙烯酰胺（DMAM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸（AMPS）为原料合成了新型油井水泥降失水剂，对其在淡水、盐水和高密度水泥浆体系中的性能进行了评价，评价结果表明，该聚合物在90℃时能将淡水泥浆的失水量控制在50mL左右，对盐水泥浆的失水量也有较强的控制作用，且该失水剂能保持水泥浆体系在温度150℃以内都具有较低的滤失量，在高密度水泥浆体系中也表现出较高的稳定性和配伍性。     

一种新型抗温抗盐聚合物降滤失剂的室内研究

为了解决现阶段降滤失剂在高温、高盐条件下的降滤失效果差等问题,室内采用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC),N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)等单体为原料,合成并优选了一种聚合物降滤失剂PAA-330。通过红外表征可知产物满足设计要求,并在室内评价了其各项性能。结果表明:其在淡水浆、盐水浆和饱和盐水浆中,API失水量均在5 mL以下,HTHP滤失量在16 mL以下,表明该剂在高温、高盐条件下均具有良好的降滤失效果。该降滤失剂的热分解温度为304℃,热稳定性良好,能够满足井下较高的井底温度。在复合盐水钻井液中加量2%,经200℃老化后滤失量仍在15.8 mL,且对钻井液流变性无明显影响,表明其耐温性能优异,与钻井液配伍性良好,未来前景广阔。     

抗高温降失水剂AMPS／AM／NVP共聚物的合成及性能

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）和N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）为原料,采用水溶液自由基共聚法合成了抗高温、抗盐油井水泥降失水剂AMPS／AM／NVP三元共聚物,确定了聚合物降失水剂的最佳合成条件。该降失水剂能将淡水水泥浆的API失水量控制在50mL以内,饱和盐水水泥浆API失水量控制在100mL以内。以该降失水剂为主剂的水泥浆体系在150℃以内都具有较低的失水量,形成的水泥浆及水泥石综合性能良好。     

爆聚法合成抗高温抗盐水基降滤失剂及性能评价

为了克服水相聚合法产物含量低、烘干过程分子量易增大和高能耗等问题,通过爆聚法利用单体苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸分别与丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵合成制备了抗高温抗盐降滤失剂WS-1和WS-2。借助红外光谱（FT-IR）和热重分析（TGA）,表征了降滤失剂的分子结构和热稳定性,并且进行了降滤失剂在高温高盐水基钻井液中的流变性和高温高压滤失性能的影响实验。结果表明,具有刚性苯乙烯磺酸钠分子链段的降滤失剂WS-2具有良好的高温稳定性,热分解温度为310℃,降滤失剂WS-2在220℃饱和盐水基钻井液中高温高压滤失量为7.6 mL;具有大分子支链2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸链段的降滤失剂WS-1热分解温度为270℃,200℃饱和盐水基钻井液中高温高压滤失量为1.6 mL;利用爆聚法合成的降滤失剂WS-1和WS-2均具有良好的抗温抗盐性能。      

抗高温高钙梳型降滤失剂的制备与应用

选择几种不同的单体,按照一定配比,优选最佳方案合成梳型聚合物降滤失剂WA-1,并通过对比实验对其进行性能评价。选用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）和N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）为单体,合成质量配比AMPS∶DMDAAC∶NVP∶DMAA=5∶3∶1∶1,总单体浓度19.8%,加0.2%过硫酸钾作为引发剂,反应温度为60 ℃,反应时间共5 h,pH值为7。性能评价结果表明,WA-1可抗温180 ℃,具有良好的流变性和降滤失性,抗钙性能良好;含2%CaCl₂的基浆中加2%WA-1,在180 ℃老化16 h后,中压滤失量为11.2 mL,降滤失效果优于线性聚合物。对WA-1进行红外光谱表征、热重量分析、钻井液Zeta电位和粒径分布分析,结果表明,WA-1作为梳型聚合物降滤失剂,能够抗高温高钙,提高钻井液的稳定性,具备独特的性能优势。      

钻井液降滤失剂P(AMPS-IPAM-AM)的合成与评价

采用氧化-还原引发体系,以丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为原料,合成了P(AMPS-IPAM-AM)共聚物抗高温抗钙钻井液降滤失剂。探讨了单体配比和反应温度对产物性能的影响,借助红外光谱研究了聚合物的结构,初步评价了共聚物对钻井液性能的影响。结果表明,P(AMPS-IPAM-AM)的最佳合成条件为:n(IPAM)∶n(AM+IPAM)=0.7～0.8,n(IPAM+AM)∶n(AMPS)=0.8～1.0,聚合反应温度为35℃;合成的P(AMPS-IPAM-AM)的热稳定性好,在淡水、盐水、饱和盐水和复合盐水基钻井液中均具有较好的降滤失作用,在220℃下老化后仍能较好地控制钻井液的滤失量;而且对比实验表明,P(AMPS-AM)聚合物在温度超过180℃后的降滤失效果明显降低,而P(AMPS-IPAM-AM)在老化温度达到200℃时仍然具有较强的降滤失作用,其在复合盐水钻井液中的抗温能力明显优于P(AMPS-AM)聚合物,因此该降滤失剂具有良好的抗温、抗盐和抗钙性能。     

基于聚合物微球的复合降滤失剂的制备与性能评价

为制备耐温抗盐性能优良的钻井液降滤失剂,以丙烯酰胺、丙烯酸和多功能团丙烯酸酯为主要原料制备了聚合物微球(PMS),以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N-乙烯基吡咯烷酮为主要原料制备了线性聚合物(PAAN),采用PMS与PAAN复合的方法制备了聚合物微球复合钻井液降滤失剂(CLS)。采用热重分析、扫描电镜、Zeta电位分析和钻井液性能测试等方法评价了CLS的性能。结果表明,由PMS和PAAN复合而成的降滤失剂CLS组分间具有协同效应,降滤失作用好于任一单一组分。CLS对钻井液流变性的影响小,降滤失效果优良。对于膨润土含量为4%的钻井液,CLS加量在0～1%范围内变化时表观黏度变化幅度在±2.0 mPa·s以内,加量为0.6%时钻井液滤失量可降至6.0 mL。CLS起始分解温度为276℃,组成为4%膨润土+1.2%CLS的钻井液经180℃老化16 h后的滤失量保持在9.0 mL;在加入6%的NaCl后滤失量仅由5.5 mL增至7.0 mL,表现出优异的耐温抗盐性能。图4表6参11     

磨溪-高石梯构造超深定向井固井水泥浆技术

磨溪-高石梯构造下部地层尾管固井面临固井质量差的难题,主要表现为:大斜度、水平井顶替效率不高,平均仅为92.7%;尾管封固段长,环空间隙小,固井候凝易出现气窜;钻井液、隔离液和水泥浆的密度及流变性能匹配性差;上部井段油气水活跃,易发生油气水窜。以工区工程地质特征为基础,优选出适用于高温高压大温差且气层发育条件下的宽温带缓凝剂和高温降失水剂,并以此为基础研发出了适用于高温高压大温差条件下的防窜水泥浆体系,该体系在高温165℃养护24 h和低温65℃养护24 h的抗压强度能达到29.5 MPa和14.0 MPa以上。同时,在大温差、水泥浆体系在保证水泥浆胶结良好的情况下(地层压力梯度小于2.0),能有效防止气窜发生,具有良好的抗温稳定性和防窜性能。现场应用表明,固井质量优良率提高约30%,评价合格率提高超过50%,固井后无一口井发生气窜或气测异常。该技术能够显著提高磨溪-高石梯工区的尾管封固质量,为龙王庙气田的安全经济高效开发提供保障。     

可固化树脂基固井材料及其固化剂的优选

水泥基固井材料存在脆性大、抗腐蚀性差等缺点,在油气井长期生产过程中易发生脆性破坏导致环空带压、层间窜流等问题。可固化树脂基固井材料具有强度高、弹性模量低、弹塑性强等优点,具有作为固井材料的潜力。通过对几种主要可固化树脂基材料进行分析,在对适合固井需求的环氧树脂优选和固化剂初选的基础上,提出了一种使用黏度-时间曲线代替水泥浆研究中常用的稠化曲线来评价树脂基固井液稠化过程的方法,通过实验进行了树脂固化液体系的优选。结果表明,HSPT固化剂可操作时间较长,反应产物抗压强度超过70 MPa,弹性模量低于3 GPa,气测渗透率低,适合50~90℃下的油气井固井;聚醚胺固化剂的固化产物抗压强度超过75 MPa,弹性模量小于2 GPa,适合30~50℃下的油气井固井。      

油井水泥降失水剂丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-苯基乙磺酸共聚物的合成及性能评价

以丙烯酰胺(AM)与2-丙烯酰胺基-2-苯基乙磺酸(AMSS)为单体合成了油井水泥降失水剂P(AM/AMSS),用红外光谱分析证明合成了目标产物,但含有杂质。并对其性能进行了研究。该共聚物的初始分解温度为253℃,峰顶温度为293℃;耐温和抗盐性能明显好于其他AM类共聚物,在95℃、6.9 MPa压差条件下,当P(AM/AMSS)添加量为0.4％～0.9％(BWOC)时,水泥浆API失水量可以控制在100 mL以下;当P(AM/AMSS)添加量为0.7％(BWOC)、NaCl含量达到12％(BWOW)时,水泥浆API失水量仍然低于100mL。外加AM/AMSS共聚物的水泥浆的稠化时间可用CaCl_2调节。在水泥浆中添加P(AM/AMSS)和CaCl_2可调节水泥浆的流动度和析水率,改善水泥石的24 h抗压强度。     

适合高渗低压层的水泥浆体系研究

大庆喇嘛甸油田开发后期,调整井钻井、固井均在已有的层系条件下进行。虽然大庆油田全面实施了延时测井,但延时测井后固井质量变差,主要是由地层的高渗透性和地层水对水泥的腐蚀因素引起。针对喇嘛句油田地层的高渗、低压特点,选取A级水泥与G级水泥,分析对比了其在三个区块的固井优质率,从而确定了以G级水泥为基础的适合高渗低压层的防腐蚀水泥浆体系。声变检测结果表明,该体系能够满足大庆喇嘛句油田高渗低压层固井施工的需要。     

丁山区块深层页岩气水平井固井技术

丁山区块页岩层埋藏深,温度、地层压力和破裂压力高,为了满足分段压裂和长期开采的要求,需要对深层页岩气水平井固井技术进行深入研究.在分析深部页岩地层固井难点的基础上,利用数值模拟分析了分段压裂对水泥石力学性能的要求;针对高温高压的地层特点及分段压裂要求,研制开发了高强度弹性水泥浆体系,同时优化前置液,以增强前置液耐温及润湿反转能力,提高固井质量.室内评价试验表明,弹性水泥浆体系耐温140 ℃以上,最低弹性模量达4.5 GPa,水泥石渗透率0.07 mD,前置液140 ℃热滚后7 min内的冲洗效率达100%.弹性水泥浆体系及配套工艺技术在丁页2-HF井进行了现场试验,固井质量优质,其中一界面优质井段达到96%以上,满足地面压裂施工压力105 MPa对水泥环完整性的要求.应用效果表明,弹性水泥浆体系、前置液体系及配套工艺能满足丁山区块深层页岩气水平井固井要求,确保了页岩气水平井压裂改造措施的顺利实施.      

低密度MTC固井液在低渗透气井的试验研究

针对陕甘宁盆地低渗透气田天然气井地层漏失等问题，通过室内试验，设计了密度为１．４１～１．６０ｇ／ｃｍ３的二级固井高炉矿渣——ＭＴＣ水泥浆和ＡＰＩＧ级水泥——ＭＴＣ水泥浆。目的提高固井质量、降低固井成本。结果通过对高炉矿渣的水化机理和两种ＭＴＣ水泥浆对比分析，认为高炉矿渣——ＭＴＣ转化法较ＡＰＩＧ级水泥——ＭＴＣ转化法，具有外加剂用量少、抗压强度高、体系简单、固井成本低等特点。结论两种低密度ＭＴＣ水泥浆配方设计合理，性能优良，能满足现场施工的要求。     

高密度水泥浆高温沉降稳定调控热增黏聚合物研制与性能

在深井/超深井固井过程中，井底高温加剧了水泥浆中颗粒的布朗运动、降低了水泥浆内部黏滞力，高密度水泥浆更易发生沉降失稳甚至严重分层，影响固井质量和安全。现有改善高温高密度水泥浆稳定性方法存在着"低温增稠、高温变稀"缺陷，为此，在丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）共聚基础上引入耐高温N，N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）单体、憎水单体（HCZW-50），采用水溶液自由基共聚法，合成出具有优秀热增黏特性的新型聚合物（TV-1），利用红外光谱、核磁共振、热重分析、凝胶渗透色谱、冷冻扫描电镜等分析了TV-1的结构、热增黏机理等，评价了TV-1对高密度水泥浆高温沉降稳定性的调控规律。研究结果表明：TV-1聚合物耐温性能优异，在20~150℃温度范围内，表观黏度随温度的升高显著增加，其独特的热增黏特性有助于防止高温高密度水泥浆沉降，在155℃下TV-1可将高密度水泥浆上、下密度差控制在0.03 g/cm³之内，为高温高密度水泥浆沉降稳定性调控提供了一种新方法，有利于提高深井/超深井固井质量，降低固井风险。     

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。      

高密度水泥浆高温沉降稳定调控热增黏聚合物研制与性能

在深井/超深井固井过程中,井底高温加剧了水泥浆中颗粒的布朗运动、降低了水泥浆内部黏滞力,高密度水泥浆更易发生沉降失稳甚至严重分层,影响固井质量和安全。现有改善高温高密度水泥浆稳定性方法存在着"低温增稠、高温变稀"缺陷,为此,在丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚基础上引入耐高温N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)单体、憎水单体(HCZW-50),采用水溶液自由基共聚法,合成出具有优秀热增黏特性的新型聚合物(TV-1),利用红外光谱、核磁共振、热重分析、凝胶渗透色谱、冷冻扫描电镜等分析了TV-1的结构、热增黏机理等,评价了TV-1对高密度水泥浆高温沉降稳定性的调控规律。研究结果表明:TV-1聚合物耐温性能优异,在20～150℃温度范围内,表观黏度随温度的升高显著增加,其独特的热增黏特性有助于防止高温高密度水泥浆沉降,在155℃下TV-1可将高密度水泥浆上、下密度差控制在0.03 g/cm³之内,为高温高密度水泥浆沉降稳定性调控提供了一种新方法,有利于提高深井/超深井固井质量,降低固井风险。     

高性能水基钻井液在莺歌海盆地高温高压井的应用

莺歌海盆地中深层高温高压领域温度高、压力大、作业安全密度窗口窄。在复杂地质环境下,常规的聚磺钻井液易变稠、流动困难、泥饼虚厚,引起遇阻、黏卡、井漏等井下复杂问题。通过室内评价,引入新型抗高温聚合物（Calovis HT、POROSEAL）替代常规聚磺钻井液体系中的聚合物（PAC-LV、EMI1045）,构建出高性能水基钻井液体系。室内评价证实,该钻井液在高密度2.30~2.40 g/cm3、高温200~220℃环境下,能长时间保持良好的高温热稳定性,并且有较强的抗污染能力,抗50 g/L钻屑、50 mL/L地层水及5 g/L CO₂,储层保护效果良好,渗透率恢复值为84.6%。该体系在莺歌海盆地高温高压井（压力系数2.20~2.40、温度190~200℃）中进行现场应用,解决了常规聚磺钻井液体系中高温稳定性不足的难题,证实高性能水基钻井液具有良好的高温热稳定性,并且流变性能优越,为后续高温高压复杂地层钻井液体系优选提供参考。