耐交变超高温固井水泥浆

在稠油热采井中,交变超高温将对固井水泥石的力学性能造成巨大影响。为研制抗高温能力强的水泥浆体系,基于XRD、TG、氮吸附及SEM方法,研究了交变超高温下偏高岭土和石墨对水泥石抗压强度、水化产物化学结构及微观结构的影响。研究结果表明,交变超高温可使常规加砂水泥石C—S—H的形态由“链状”或“网状”转变为“颗粒状”,破坏水泥石的结构完整性,从而降低其抗压强度;掺入偏高岭土和石墨后,可提高常规加砂水泥石耐交变超高温能力,且对水泥石物相组成影响不大;偏高岭土有颗粒填充作用和火山灰效应,且石墨与水泥基体界面胶结良好,使其二维方向上起到拔出作用,提高了水泥石结构完整性及力学性能。该研究结果可为稠油热采井固井水泥浆体系的性能评价及配方优化提供参考。      

脉冲振动处理对水泥石早期性能的影响

利用研制开发的水泥浆脉冲振动实验评价装置，对油田固井用的水泥浆进行脉冲振动处理，后采用电镜扫描（SEM），X衍射（XRD）和压汞（MIP）等方法研究了脉冲振动处理后对水泥石早期抗压强度、微观结构、水化产物及孔喉结构的影响。结果表明，脉冲振动处理水泥浆后，在不同的养护龄期、温度和水泥浆配方都能够提高水泥石的抗压强度值，具有普遍性；脉冲振动可以促进水泥早期水化，消除了水泥在水化过程中产生的裂纹及部分孔隙，凝固后水泥石内部结构更加致密，有利于水泥在水化早期形成高质量的水泥环，防止早期油气水窜的发生，对于提高水泥胶结质量具有重要意义。     

改性碳纳米管对水泥石力学性能的影响

为满足储气库和高压油气井对水泥石力学性能的要求,优选了改性碳纳米管TNIMH4(—OH)和TNIMC6(—COOH)。考察了他们对水泥浆综合性能及水泥石力学性能的影响。通过抗压强度实验可知,掺入0.01%的TNIMH4能使水泥石强度增加4.32%;掺加0.07%的TNIMC6能使水泥石强度增加19.18%,当TNIMC6与TNIMH4加量相同时,添加TNIMC6的水泥石强度大于添加TNIMH4的水泥石强度。通过三轴岩石力学实验可知,添加TNIMC6的水泥石的三轴抗压强度比空白组增加了41.21%,弹性模量由3 692.5 MPa增加到4 366.5 MPa。通过扫描电镜观察发现,低加量的碳纳米管能在水泥石中较好地分散,随着碳纳米管含量的增加,碳纳米管在水泥石中开始出现团聚现象,增大了水泥石的不均质性,影响水泥石的强度。     

加砂油井水泥石高温力学性能衰退机制研究进展

加砂油井水泥是常用高温固井材料,但在部分高温地层服役时存在短期内水泥石力学性能明显衰退及水泥环层间封隔失效问题,明确其高温力学性能失效机制将有助于合理使用加砂油井水泥。为此,笔者调研了国内外加砂油井水泥高温水化产物和石英砂（掺量、粒径）对加砂水泥石力学性能影响的相关文献,并对其进行了归纳分析。结果表明:加砂油井水泥石在110~210℃温度下服役,可长期保持较好的抗高温性能;在210~300℃静态水环境下,通过调整石英砂级配和掺量可延缓水泥石高温下力学性能的衰退;地层温度超过300℃且处于动态水环境时,由于SiO2大量溶出,加砂油井水泥石难以满足热采井固井质量要求。此外,基于对加砂水泥石硅溶出、水化产物脱钙现象及硬硅钙石晶粒形貌变化的分析,探讨了加砂油井水泥石高温力学性能失效作用机制,并提出了改善其高温力学性能的技术措施。      

高温高压下石英砂粒径对油井水泥石性能的影响

在油井水泥中掺入石英砂是防止水泥石在高温高压下强度衰退的常用手段,通过在G级油井水泥中内掺35%不同粒径的石英砂,并在高温高压（240 ℃×21 MPa）下养护至180 d,来探究石英砂粒径对油井水泥石高温力学性能的影响。实验测试了加入不同粒径石英砂的水泥石的抗压强度和渗透率,分析了水泥石的水化产物和孔隙结构。结果表明,石英砂能够防止水泥石在高温下强度衰退,但是水泥石的抗压强度随石英砂粒径的减小而降低;掺入石英砂可降低水泥石的渗透率,石英砂的粒径越小,水泥石的渗透率越低。掺入较大粒径石英砂的水泥石中,生成的针状硬硅钙石较长,是水泥石具有较高抗压强度的主要原因。以300目35%加砂水泥为基础,复配其他外加剂形成高温高压水泥浆配方,在南海DX-11-2井应用,现场固井施工顺利,24 h时CBL和VDL测井显示固井质量优良。      

玄武岩纤维对铝酸盐水泥石性能的影响

为进一步改善稠油热采井固井用铝酸盐水泥石的性能,研究了玄武岩纤维对水泥石性能的影响。通过测试水泥浆工程性能、水泥石力学性能及渗透性,结合扫描电镜（SEM）分析其微观结构,探讨了玄武岩纤维增强铝酸盐水泥石力学性能的作用机理。结果表明:铝酸盐水泥中掺入适量的玄武岩纤维,低温常压环境下,水泥浆的工程性能变化不大,纤维水泥石力学性能有效提高,具有明显的韧性;高温高压环境下,纤维水泥石强度、渗透性保持稳定,具有良好的耐高温性能。观察水泥石微观形貌并分析纤维作用机理发现:铝酸盐水泥石中的玄武岩纤维稳定存在,水泥石的微观孔结构得到改善,微裂纹的产生和发展得到控制,纤维与水泥水化产物紧密黏结,起到了阻裂作用,纤维脱离黏结和拔出,增加了水泥石的断裂能,从而实现了玄武岩纤维对固井用铝酸盐水泥石性能的改善。     

胶乳对水泥石韧性性能的影响

室内实验考察了胶乳添加前后水泥石韧性性能的变化以及胶乳添加量对水泥石韧性性能的影响。结果表明,与普通水泥石相比,胶乳水泥石的抗压强度降低、抗折强度提高,从而整个体系表现出刚性降低、柔性增大的特点。胶乳添加量为20％时,胶乳水泥石的脆性系数下降约50％,单位面积抗冲击功增加91％以上。     

稠油热采高温定位插入密封的研制与测试

定位插入密封无法满足稠油热采蒸汽吞吐井高低温50~350℃交变密封的业内难题,已严重制约了定向井分层和裸眼井分段高效开发的进程。为满足海上稠油防砂管柱与生产管柱大通径的高温回插密封需要,创新设计了由复合密封组件、弹性蓄能机构、实时锁紧机构和自清洁导向机构组成的大通径定位插入密封;通过结构设计、力学分析和多轮次高低温交变测试,验证了可完全满足承压21MPa作业需要。该插入密封具有结构紧凑、起下安全、耐温耐压等级高等优点,填补了国内高低温交变长效插入密封的技术空白,为后续产业化推广应用奠定了经验基础。     

橡胶粉对油井水泥石力学性能的影响

针对油井水泥环抗冲击能力差、层间封隔易失效等问题,系统研究了橡胶粉对油井水泥石力学性能的影响。采用表面活性剂对橡胶粉粒子表面进行亲水处理,解决了橡胶粉粒子在油井水泥浆中的憎水及团聚现象。力学性能测试表明,橡胶粉在油井水泥浆中应用的适宜粒径为0.15~0.18 mm,适宜的加量为2%,加量过大不利于水泥石抗压强度和抗折强度的发展。微观研究表明,橡胶粉粒子部分充填于空隙结构之中,部分充填于水泥晶体颗粒之间,有效增大了油井水泥石受压前期塑性变形能力和受压后期弹性变形能力,当水泥石受冲击力作用时,橡胶粉粒子发生弹性变形将产生力的缓冲并吸收冲击能,从而提高油井水泥石抗冲击破坏的能力。     

深水深井高温高压水泥石固化养护及制备方法研究

深水深井面临超深、超高温超高压、复杂储层等特殊地质条件,对固井水泥石的综合力学性能提出了更高要求,急需适用于高温高压工况的水泥石固化养护及制备方法,从而准确可靠地评价和优化水泥浆体系。设计并建立了高温高压水泥浆固化养护装置及水泥石制备方法,精准模拟了深水深井高温高压(150 MPa、250 ℃)工况水泥浆固化养护过程,分析对比了不同温度、压力条件下所制备水泥石的单轴抗压强度、抗拉强度等力学性能。结果表明:所建立的高温高压工况水泥石固化养护及制备方法可准确模拟深水深井高温高压井筒工况条件,同时高温高压条件亦可充分发挥水泥浆体系助剂的性能优势,测试发现运用该方法制备的水泥石与常规方法制备的水泥石在抗压强度、抗拉强度等力学性能方面存在显著差异。该方法的提出有利于促进深水深井高温高压水泥浆体系固化养护和水泥石制备技术的发展,为固井水泥浆体系配方优化提供实验方法和技术支撑。     

玻璃纤维对硫铝酸钙水泥石力学性能的影响

随着油气田开采难度和井下情况复杂化程度的增加,常规水泥环易发生脆裂,进而影响水泥环的层间封隔作用,影响井筒完整性。硫铝酸钙水泥是一种性能优良的固井水泥材料,为了了解硫铝酸钙水泥在固井工程中应用的潜力,制作了玻璃纤维增强硫铝酸钙水泥石（CSA/GRC）样品,利用X射线衍射法分析不同龄期硫铝酸钙水泥的晶体水化产物;通过三轴应力-应变实验,测试CSA/GRC固井水泥石的力学性能;采用扫描电子显微镜观察CSA/GRC固井水泥石断裂面的微观形貌,分析玻璃纤维在硫铝酸钙水泥石中的增韧机理。研究结果表明:CSA/GRC固井水泥石具有良好的韧性和力学形变能力,轴向抗压强度和极限应变值比常规玻璃纤维固井水泥石分别提高了约45%和300%;玻璃纤维与硫铝酸钙水泥体系之间有良好的复合能力,纤维抗腐蚀性能强;通过应力分散作用和桥联作用,玻璃纤维可约束裂缝的进一步扩展,从而提高固井水泥石的韧性。     

陶粒对水泥浆性能的影响

研究了陶粒对A故油井水泥浆性能的影响规律。陶粒掺量在8％以内,水泥浆的滤失量降低,水泥石渗透率减小,可以增强水泥石的致密性,提高水泥石的抗压强度,减少水泥用量,节约成本。     

水湿环境下硫化氢对固井水泥石的腐蚀机理

<正>确认识硫化氢对固井水泥石腐蚀的基本规律.对于保障高含硫气藏的安全高效开发具有重要的作用。为此,根据硫化氢在井下的存在形式,在室内建立起气相腐蚀和液相腐蚀两种水湿环境,分别考察了硫化氢对固井水泥石外貌、腐蚀深度、微观形貌、物相组成、抗压强度、孔隙度和渗透率等性能的影响。结果表明:①水泥石在气相腐蚀条件下的腐蚀程度要低于液相腐蚀水泥石的腐蚀程度,说明外部水湿环境对硫化氢与固井水泥石之间的腐蚀有较大影响;②在气相腐蚀水泥石表面会形成一层致密石膏层,能够有效阻止后续腐蚀介质侵入水泥石基体;③在液相腐蚀水泥石表面会形成多孔的无定形硅胶层,致使腐蚀介质进一步侵入水泥石内部。结论指出,不同的水湿环境造成水化产物分解形成的离子在水泥石表面存在状态不同,是造成气相腐蚀和液相腐蚀环境下水泥石性能差异的主要原因。     

致密油藏超长水平井固井水泥石力学性能评价

准格尔盆地吉木萨尔致密油储层具有特低渗、层厚、砂泥岩薄互层发育等特点,采用超长水平井开发,必须对超长水平井段射孔及多级压裂才能实现商业化开采。超长水平井射孔及多级压裂对水泥石完整性会造成不可逆破坏、存在层间窜流风险。因此,研制了韧性膨胀防窜水泥浆体系,并结合力学软件和室内实验,优化水泥浆的防窜性能和水泥石抗拉强度、抗压强度、弹性模量、泊松比等力学参数。结果表明:优化后的水泥浆体系具有较强的防窜性能,静胶凝值从0 Pa上升至200 Pa,时间为3.5 min;水泥石膨胀率达1.4%,可较好解决微环空问题;水泥石抗压强度38.6 MPa,抗拉强度4.25 MPa,弹性模量3 616.0MPa,泊松比0.37。与常规水泥石相比,优化后的水泥浆体系和水泥石性能既能够确保超长水平井的固井质量,同时又能满足压裂施工后水泥石完整性和封隔性要求。     

养护环境对漂珠微硅类低密度水泥石抗压强度的影响

应用漂珠微硅类低密度水泥体系固井是解决低压易漏层段和长封固段固井作业难题的主要手段,但是对其高温高压强度发展规律尚缺乏系统的理论分析和实验评价。在分析颗粒级配原理、利用激光粒度测试仪及配伍性实验方法优化低密度水泥体系配方的基础上,利用抗压强度实验方法研究了不同养护环境对漂珠微硅类低密度水泥石试件强度的影响规律,并与嘉华G级水泥基浆水泥石高温强度进行了对比。最后从化学成分、颗粒级配及搅拌方法等角度对实验结果进行了原因探析。结果表明:养护环境对低密度体系抗压强度的影响规律明显不同于基浆,漂珠微硅类水泥体系具有一定的抗高温强度衰退特性,良好的紧密堆积效应使养护压力对体系强度影响程度较小。     

高温水泥浆体系的研制与应用

针对深井高温环境常规水泥外加剂失效、水泥浆性能变差等问题,研制出高温深井水泥浆体系及配套的减阻剂HNJZ1、缓凝剂HNHN1、降失水剂HNJS1。室内实验和现场应用表明,该高温深井水泥浆体系具有失水量低、流变性能好、稠化时间易调、水泥石强度发展快、抗压强度高等特点。     

Influence of the structure of higher paraffin hydrocarbons and their derivatives on the mechanism of high-temperature liquid-phase oxidation

The specifics of oxidation kinetics at 160°C for structurally different hydrocarbons (normal and isobranched chains) and some of their functional derivatives were studied. A comparative analysis of products of the high-temperature oxidation of hydrocarbons was made and changes in the phase composition were studied using squalane and hexadecane as examples. It was shown that the spatial structure of a hydrocarbon subjected to oxidation makes a substantial contribution to the formation of reversed micelles. The kinetic behavior of squalane in oxidation and the solubilization of methyl orange by its oxidation products support the assumption that polyhydroperoxides form via the intramolecular 1,3-hydrogen abstraction mechanism.     

燃烧条件对火驱效果的影响

对火驱燃烧条件的认识与评价是火驱油藏的重要环节。针对目前火驱过程中存在的燃烧过程不清楚及燃烧条件对火驱开发效果的影响不清楚等问题,进行了一系列室内模拟研究。研究了在不同的孔隙度、点火温度、注汽压力和注气量等燃烧条件对火驱效果的影响。实验结果表明,孔隙度越大火驱前缘的推进速度越快;预热温度和火驱前缘温度呈正相关关系;提高注气压力不仅可以维持火驱前缘正常推进和提高火驱前缘温度,还可以弥补低孔隙度油砂火驱技术的限制;随着注气流量的提供,前缘温度和前缘推进速度也在稳定提高。此次模拟实验为下一步提高油层产量、降低成本、提高产出比提供了一定的理论基础和研究路线。