川东北地区高压防气窜固井技术

川东北地区地层条件复杂,井深,气层压力高,固井防气窜的难度大.要提高高压气井的固井质量需要设计合理的液柱结构确保压稳,应用具有良好防气窜能力的高密度水泥浆体系,并采取合理的固井工艺.通过采用Gaudin-schutzmann粒度分布方程来优化高密度水泥浆体系的粒度分布,使其达到紧密堆积状态;优选防气窜能力强的添加剂,来提高水泥浆体系防气窜性能;应用新型分段气窜预测模型来进行防气窜预测与压稳设计,以优化环空液柱结构.高密度防气窜水泥浆体系在川东北地区的河坝2井、元坝2井等应用了10井次,入井水泥浆最高密度2.41 kg/L,气层固井质量均达到优质.     

高密度防气窜水泥浆

针对南海莺琼盆地地质条件复杂，钻探井深在5000 m以上，井下温度高，地层压力大，压力层系多，易发生气窜等问题。以丁苯胶乳、发气剂作为防气窜外加剂，以1200目铁矿粉作为加重剂，以硅粉控制水泥石强度衰退，研究出了一种新型抗高温防气窜高密度水泥浆体系。结果表明：所研制的水泥浆密度可达2.35 g/cm³、抗温可达180 ℃（BHCT）、失水量可降至70 mL/30 min左右，早期抗压强度高达14 MPa以上，易于保证封固质量；水泥浆的流变性好,稠化时间可调，且稠化时间受温度波动、水质变化以及前置液污染的影响在可控范围内。因此，该水泥浆能够满足现场施工要求；水泥浆的自由水小于0.5%，养护后水泥石没有发生体积收缩且上下密度差较小，具有良好的浆体稳定性和凝结固化稳定性；水泥浆凝固过程，稠化过渡时间短（t_{100 Bc}-t_{30 Bc}＜15 min)，稠度阻力系数值小于0.110，气窜阻力达2.28 MPa，能有效防止气窜。     

高密度防窜水泥浆在红北1井的应用

红北1井是青海油田一级井控风险井,也是该油田地层压力最高的一口井。为解决该井的防窜固井难题,研制了密度为2.40 g/cm3的高密度防窜水泥浆体系,该体系选用需水量相对较少的赤铁矿粉作为加重剂;为提高稳定性加入一种超细非晶态微粒CEA-1作填充剂,其能吸附大量自由水,并具有较高反应活性;选用一种以乳胶纤维为主料,以氯化钙、氧化钾为辅料,经混合研磨而成的防窜剂FLOK-2 ;优选了在高固相含量水泥浆中减阻效果良好,以羧酸为主料以亚硫酸钠为辅料聚合而成的减阻剂FS-13L。实验表明,水泥浆防窜性能SPN小于3 ;温度变化±5℃时,体系稠化时间变动值不超过44 min,密度变化±0.05 g/cm3时,流性指数在0.71~0.59之间变化,稠度系数在1.06~3.14 Pa·sn之间变化,体系稳定性好,满足现场施工要求。同时研制了与钻井液相容性好的冲洗隔离液:水+320%赤铁矿粉+35%冲洗剂OCW-1L+10% CEA-1+4%隔离剂O-SP。应用效果表明,在提高浆体防窜能力的前提下,结合采取其他配套技术措施,保证了该井固井质量和施工安全。      

防气窜泡沫水泥浆的研究与应用

长庆气田属低压低渗透气田．气层多．含气井段长，压力梯度不等，固井时易发生气侵窜槽．造成水泥石界面胶结不良。针对长庆气田的特点，研究出了防气窜泡沫水泥浆，外加剂由氮气发气剂GFQ-1和GFQ-2、稳泡剂GWP和缓凝剂GH-2组成，GFQ-1和GFQ-2与GWP之问的最佳比例为4g：5mL；8mL。现场试验表明，GFQ-1与GFQ-2的反应平稳，气体量易控制；泡沫封闭稳定，渗透率低，泡沫细小、均匀．不易破裂．在浆体中均匀分布；浆体稳定性和流动性好．游离液为零；水泥石抗压强度高。水泥浆密度低；水泥浆具有可膨胀性和可压缩性．直角稠化，水泥石胶结强度高，可有效防止油气水窜．防气窜泡沫水泥浆配方简单．施工方便，成本低。气层井段优质率为87％，合格率为100％。     

超细防气窜水泥浆在华北油田潜山井的应用

华北油田冀中探区潜山油气藏井底温度高达170℃,注水泥作业难度大,部分天然气井或含气油井由于水泥与地层界面胶结质量较差,发生层间互窜现象,造成能源流失和油气井产量下降。超细防气窜水泥浆体系具有防气窜、低密度、低失水、抗水泥石高温强度退化等优点,适用于超深油气井注水泥作业。在现场应用中,该体系成功地完成了多次固井注水泥作业和打塞注水泥作业,解决了超深天然气井固井技术难题。     

柴达木盆地北缘断块带高密度防窜水泥浆固井技术研究与应用

针对柴达木盆地北缘地区油气水层分布段长、压力异常的固井难点，从加重剂、外加剂、防窜性、抗盐性等方面对高密度水泥浆进行了系统研究，提出了设计高密度水泥浆的原则和要注意的问题及对加重剂性能的要求，筛选出了合适的具有良好防窜性能的降失水剂，形成了一套适合柴达木盆地北缘地区固井的高密度防窜水泥浆体系，综合应用G60-S高密度水泥浆固井技术在冷科1井φ244.5技术套管双级固井、φ139.7生产套管双级固井中获得成功，固井质量分别为合格、优质。     

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。      

水泥浆防气窜性能评价新方法

目前固井行业缺乏可结合实际情况进行水泥浆防气窜性能的评价方法,导致在单井设计中水泥浆的防气窜性能难以把握。通过规范水泥浆静胶凝强度的试验分析,提出将环空水泥浆柱视为由多段长度为30.48m的水泥浆柱组成,考察最接近气层水泥浆柱能否抵抗气侵从而延绅至井口的整个水泥浆柱的环空水泥浆防气窜性能的评价新方法。使用该方法对固井水泥浆配方进行了研究,并结合气田的现场尾管固井实例对所选水泥浆配方进行了评价。结果表明,在水泥浆的防气窜设计中仅强调控制水泥浆失水或缩短水泥浆候凝期间的过渡时间是不够的,必须提高水泥浆在候凝期间的内部结构阻力或降低水泥浆在候凝期间的渗透率,才能确保气井的固井质量。该方法可指导入井水泥浆的防气窜性能设计及评价。     

胶乳水泥浆防窜性能研究与应用

1958年美国率先将胶乳作为外掺料加入水泥,形成胶乳水泥,并将其用于油田固井。近几年,国内各油田、科研院所、高等院校对胶乳水泥浆的研究取得了较大的进展。新疆油田已多次采用进口胶乳配制胶乳水泥,解决南缘及玛纳斯气田固井的防气窜问题。本文介绍了国产胶乳水泥浆的调配及配套外加剂的研制情况,分析评价了胶乳水泥浆的防气窜性能,以及胶乳水泥在新疆玛纳斯气田2口天然气井固井的现场试验情况。     

低密度高强度防气窜水泥浆体系的研制及应用

基于紧密堆积和颗粒级配理论,研制了一种以工业漂珠为减轻剂、以超细胶凝材料为增强剂的新型低密度、高强度防气窜水泥浆体系。该水泥浆体系已成功应用于蓬莱193油田Ⅰ期工程固井作业,实现了对浅层气的有效封固。文中阐述了所研制水泥浆体系的设计原理,介绍了现场应用情况,并讨论了应用中有待进一步完善的问题。     

复合纤维水泥浆在川东北钻井承压堵漏中的应用

马2井为四川盆地川东北通南巴构造带马路背构造上的第一口预探井,不可预见的因素较多,存在钻遇超高压油气层的可能性。要求每钻开一个产层前,必须对上部裸眼进行承压堵漏试验,在使用核桃壳、锯末、聚合物堵漏剂、非渗透封堵剂、凝胶等材料堵漏后,地层承压仍然不能满足设计要求。选择复合纤维水泥浆体系,优选复合纤维的长度、分布、比例,通过不同长度、不同性能的纤维结网架桥,水泥颗粒充填固化并形成一定强度,取得较好的封堵效果,地层承压当量密度由1．76g／cm^3提高到2．11g／cm^3。保证了继续安全钻进。实践证明,复合纤维水泥浆体系可以有效堵漏并较大地提高地层的承压能力。     

高温防窜水泥浆体系的开发与应用

高温高压气井固井的主要风险之一缘于水泥浆类型的选择和气窜的发生。水泥浆体系的组成和配制方法往往是产生气窜的主要因素,又往往是防窜中需注意的主要技术。一个良好的水泥浆体系应具有防窜功能,并能将高温高压固井的风险减少到最低限度。研究了高温高压对水泥浆主要性能的影响,水泥浆体系与气窜的关系,提出高温防窜水泥浆的设计方法,高温防窜水泥浆性能的特殊检验方法和质量保证控制程序,并开发出一套适合于高温高压气井固井的水泥浆体系。该体系的应用增加了高温高压固井作业的可靠性,提高了固井质量,促进了高温高压固井技术的发展。     

高密度水泥浆中赤铁矿粒级级配对水泥浆性能的影响

文章以粒级级配和紧密堆积原理为理论依据,以嘉华G级高抗硫油井水泥和赤铁矿等为基本原料,通过复配不同颗粒大小的赤铁矿配制密度为2·2g/cm^3～2·3g/cm^3水泥浆。对水泥浆密度、稳定性、流动度、流变性、失水、稠化时间、抗压强度等进行测定,找出了赤铁矿颗粒粒级级配与高密度水泥浆性能的基本关系。     

遇气自愈合水泥浆体系

针对顺北油气田凝析气藏在生产期间产生的微裂隙和微环隙,研制了适用于顺北油气田的遇气自愈合乳液,该乳液遇天然气体积膨胀率达30%,并配制出了密度范围在1.45～2.20 g/cm³的自愈合水泥浆体系。该水泥浆体系的适用温度在90～180℃,弹性模量小于7 GPa。同时,还设计了合理的水泥石遇气自愈合能力评价方法,通过首次造缝和二次造缝,水泥石的自愈合能力分别达到了100%和95.1%。研制的遇气自愈合水泥浆体系兼具自愈合能力和优异的弹性性能,已现场试验3口井,固井质量优质率为100%,满足了顺北油气田高温高压气井长期密封需要。     

自愈合水泥浆体系在四川地区的应用

针对油气井开发过程中水泥环受损产生裂缝而破坏固井封隔效果,以烃触发溶胀型聚合物为自愈合乳液粒子,形成自愈合水泥浆体系。结果表明,自愈合乳液粒子的粒径在200～250 nm,其加量为10%时水泥石吸油愈合效果及机械性能较佳;8 d内水泥石裂缝愈合率达70%～100%,2 d抗压强度为16.2 MPa,弹性模量为6 GPa;渗流实验结果表明,水泥石出现大于0.1 mm裂缝时,柴油气流速由9 g/min降至6 g/min,小于0.1 mm的裂缝时柴油流速由6 g/min可降低为0。说明自愈合水泥石一旦产生损伤,裂缝中渗入的油气分子使自愈合乳液粒子自发膨胀黏连并逐步修复闭合裂隙,裂缝越小自愈合效果越好,实现了水泥石自愈合修复功能。现场应用表明,该水泥浆体系固井质量优质率达到 88.9%,固井及压裂后技术套管均不带压,显示出良好的应用效果。      

柴达木盆地台南气田固井技术

针对柴达木盆地台南气田气层埋藏浅、层数多、防窜难;孔隙度高、裂缝集中、漏失严重;盐层厚、地层水矿化度高等影响固井质量的技术难题,对固井液技术进行了研究.在表层固井中采用了掺有抗盐降失水剂和促凝早强剂的抗盐防窜水泥浆技术;在气层套管固井中采用了纤维、弹性颗粒复合堵漏技术,并应用了防窜膨胀水泥浆,用稀水泥浆作隔离液;并且均用处理后的地层水配浆,较好地解决了盐岩浅层气井固井井漏、气窜严重、固井成功率低的问题,很大程度地提高了固井质量,促进了钻井的提速.     

四川长宁页岩气速凝水泥浆体系研究与应用

针对四川页岩气钻进过程中表层易发生失返性漏失,钻井液堵漏效果不佳的情况,研发了液体促凝早强剂ZQ-3、无色无毒液体分散剂ZF-A,形成速凝水泥浆体系。评价了2种外加剂混合液不同加量下速凝水泥浆的性能。实验结果表明,混合液使水泥浆具有良好的流变性能;能显著缩短水泥浆的稠化时间,30℃下混合物加量为3%时,速凝水泥浆与原浆稠化时间之比为0.43;同时显著提高了水泥石早期抗压强度,4 h抗压强度大于3.5 MPa,8 h抗压强度大于8MPa,表现出优异的低温早强效果。该速凝水泥浆在四川长宁区块页岩气现场应用效果显著,候凝时间由原来的14 h缩短至4～8 h。现场应用7口井,施工24次,全部顺利施工,累计缩短候凝等待时间200 h以上。      

一种评价固井后气窜的新方法

固井作业的失败25%表现为气窜.因此,人们开展研究,对水泥浆的各种性质,如失水量、渗透性、静胶凝强度及其他一些性质进行评价.然而对这些可变量的研究并没有得出防范气窜以及对水泥浆哪些性质的控制能避免这样问题的方法.本文描述了一种控制气窜的方法,研究结果得到了现场实验的验证.该方法包括三个步骤:首先是评价窜流潜能因子(FPF),这是一个预测问题严重程度的参数;然后测量随时间变化的静胶凝强度,得到水泥浆的过渡时间;最后,在窜流分析仪(FMA)上模拟静胶凝强度造成的压力降随时间的变化,从而确定水泥浆是否被气侵.在委内瑞拉东部的Santa Barbara和San Joaquin油田现场实验了3口井.在每口井中,用气层孔隙压力、温度、气层深度及穿过气层的环空尺寸来确定窜流潜能因子的大小.室内研究与现场实验结果一致,室内实验是以对水泥浆过渡时间及窜流潜能因子的定量测量为基础的.应用这种方法可以对水泥浆进行优化设计从而防止生产事故的发生,确保油井的使用寿命.     

高温高密度防腐水泥浆加重剂研究

针对富含CO₂的高温高压油气井中水泥环的腐蚀问题,进行了高温高密度防腐水泥浆体系加重剂的研究,并对比了相同粒度的锰矿粉、赤铁矿和重晶石3种加重剂对水泥浆性能的影响,在150℃、CO₂分压20 MPa的环境下进行了腐蚀实验。研究结果表明,锰矿粉水泥浆需水量最少,相同条件下具有较好的流变性和较低的失水量;锰矿粉水泥石腐蚀后渗透率最小,抗压强度较高;腐蚀30 d后,锰矿粉水泥石腐蚀深度最低,重晶石水泥石的腐蚀深度约为锰矿粉水泥石的1.5倍;腐蚀后锰矿粉水泥石结构最致密,腐蚀后生成物的特征峰最低;锰矿粉加量为25%、50%和75%的3种水泥石腐蚀27 d后,加量为50%的水泥石腐蚀深度最小。与赤铁矿和重晶石相比,锰矿粉为较好的选择,但加量过多时会对水泥浆防腐蚀性能产生不利影响。