水泥浆沉降稳定性及防沉降剂的开发与应用

从沉降机理出发,分析了常见水泥浆沉降稳定性差的原因,提出了相应的改善措施,并结合现场需求,通过合理的结构设计,制得性能优良的低密度防沉降剂BCJ-310S。该产品的防沉降效果良好,耐温能力较强,可显著改善低密度水泥浆的沉降稳定性;且低温下不过分增稠,高温下不过分稀释,可使水泥浆在不同温度下保持相对稳定的流变性能;对稠化、失水、强度等性能无不良影响,综合性能良好。低密度防沉降剂BCJ-310S在玉门、冀东、伊拉克哈法亚等油田成功应用,有效解决了低密度水泥浆的稳定性难以调节的问题,提高了固井质量。     

川深1井固井水泥浆高温沉降稳定性研究与应用

川深1井是一口超深风险探井,完钻井深高达8420 m,井底温度178℃,为保证固井质量,水泥浆高温沉降稳定性至关重要。论文结合水泥浆在井底的顶替和静止自由沉降过程,利用高温高压稠化停机实验结合浆杯底部沉降颗粒层的厚度,建立了水泥浆高温沉降稳定性测试评价方法。基于水泥浆高温沉降失稳机理分析,从液相和固相角度出发,基于红外光谱检测分析提出了有机聚合物液相外加剂耐温能力评价技术,结合环境扫描电镜微观结构观察探明了硅砂粗细搭配以及超细材料微硅、液硅、纳米SiO₂以及胶乳对水泥浆高温沉降稳定性的影响及其作用机理。论文研究满足了1.90～2.30g/cm3水泥浆高温150～180℃沉降稳定性的要求,研究措施应用于川深1井五开油层尾管水泥浆体系设计中,水泥浆高温沉降稳定性良好,固井质量优良率88.1%。      

盐膏层固井用降失水剂的研究与应用

针对塔里木油田库车山前高压天然气井盐膏层溢漏同存、安全密度窗口窄等固井难题,通过优选功能性单体,合成了具有耐温抗盐且分散性好等特性的降失水剂FL-A。红外光谱分析结果表明,单体均参与了聚合反应;热重分析结果表明,FL-A具有良好的耐热性能,耐温达300 ℃;水泥浆性能评价表明,该降失水剂控失水性能好,抗盐达饱和,与其他外加剂配伍性好,稠化线型正常。采用该降失水剂配制的密度为2.3～2.6 g/cm3含盐高密度水泥浆体系在105～180 ℃高温下具有液固比低、失水量小、沉降稳定性好、流变性能优、强度发展快等特性。在盐膏层固井应用10余井次,封固质量良好,高压盐水均得到有效封隔。      

一种新型弱酸性减阻降黏剂

合成聚合物由于抗高温、耐盐、功能多样化等特点,成为固井外加剂的主导材料,但由于其分子量大易导致体系黏稠度大,流变性难以调节,采用传统减阻剂作用较弱。针对此问题,根据微观结构设计,通过研选和合理复配,开发出了一种新型弱酸性减阻降黏剂,并对其进行了实验评价。评价结果表明,该减阻降黏剂可明显降低以合成聚合物为主剂的水泥浆体系的黏度,表观黏度降低率可达40%以上,显著改善水泥浆的流变性能,且对水泥浆稠化、强度等性能无不良影响,稠化时间之比为1.0～2.0,抗压强度之比不小于0.9,综合性能良好。      

高温固井水泥浆体系的研究

本文概述了国内外使用的高温固井水泥浆及其外加剂体系及其发展方向。通过对高温水泥浆降失水剂、缓凝剂等外加剂的研究,水泥浆抗温达190℃(BHCT),稠化时间可调,水泥石强度发展快,强度稳定,失水控制低,综合性能满足河南油田泌深1井固井工程的要求。     

无稠化反转聚合物水泥浆的室内研究

AMPS类聚合物降失水剂是目前现场固井作业应用较多的一类水泥浆降失水剂,它具有加量少,降滤失性能好,水泥浆配方简单易调节的优点。然而目前市场上的AMPS类聚合物降失水剂普遍存在稠化反转,给现场固井作业带来了一定的安全隐患。介绍了一种AA/AM/AMPS三元共聚而成的CG88L聚合物降失水剂,并在室内对CG88L水泥浆体系的性能进行了试验研究。经研究发现：CG88L聚合物水泥浆随试验温度升高稠化时间呈逐渐缩短的趋势不存在稠化反转现象,该水泥浆体系具有低失水、高养护强度以及良好的抗高温、抗污染性能。     

抗200℃高温水泥浆体系的研制

随着钻探深度的不断加深,井底温度越来越高,由于中国生产的水泥外加剂很难满足实际需求,只能从国外引进,很大程度地增加了超深井完井成本.因此通过研究合成工艺,研制出了抗温能力在200 ℃以上的抗高温缓凝剂、降失水剂和稳定剂,并进而开发出了抗高温水泥浆体系.水泥浆常规性能评价和井下工况模拟评价结果表明,该体系在高温环境下具有性能稳定、稠化时间可调、控制失水能力强、沉降稳定性好、抗压强度高、适应性强、一次封固能力高等特性,能够满足井底循环温度达200℃的超深井固井需求.     

油井水泥降失水剂接枝改性聚乙烯醇的研究

聚乙烯醇(PVA)作为油井水泥降失水剂使用时,适用温度较低,难以满足高温固井的需求。通过 2-丙烯酰胺 -2- 甲基丙磺酸 (AMPS)、丙烯酰胺 (AM) 等单体,对 PVA1788 进行接枝改性,合成了一种油井水泥降失水剂——接枝改性聚乙烯醇。室内实验评价了该改性聚乙烯醇作为降失水剂使用的耐温性能、抗盐性能、流变性能、抗压强度及防气窜性能等。结果表明,加有改性 PVA 的水泥浆在 150 ℃时 API 失水可控制在 150 mL 以内;抗盐达 18%;改性PVA 明显改善了聚乙烯醇类降失水剂不抗盐的性能,稠化时间较原浆稍有延长,水泥石的抗压强度较原浆稍有提高,与其它外加剂配伍性良好,水泥浆具有很好的防气窜能力,综合性能能够满足150 ℃以下的中高温固井要求。      

抗循环温度210℃超高温固井水泥浆

随着勘探开发不断向深层迈进,超深井、超高温井逐渐增多,超高温对水泥浆抗温能力提出了更高挑战。为了解决现有水泥浆体系抗高温能力差的问题,研制了抗高温降失水剂DRF-1S、抗高温缓凝剂DRH-2L及其他配套抗高温水泥外加剂,并形成了超高温常规密度固井水泥浆,在室内对该水泥浆的性能进行了评价结果表明,该水泥浆能够满足井底循环温度210℃、井底静止温度230℃的固井要求,水泥浆API失水量可以控制在100 mL以内,稠化时间可调,高温沉降稳定性不大于0.04 g/cm3,230～250℃超高温下水泥石强度高且不衰退。该水泥浆在华北油田杨税务地区高温深井安探4X井φ127 mm尾管固井进行应用,固井质量优质,为该地区勘探开发提供了固井技术支撑。      

抗高温硅酸盐水泥浆体系研究

针对高温条件下,常规硅酸盐加砂水泥浆体系存在的稳定性差、水泥石抗压强度衰退和开裂等问题,有针对性地开展了水泥高温增强材料优选、水泥石力学性能优化和抗高温硅酸盐水泥浆体系综合性能优化等研究,结果表明,高温条件下,掺加火山灰类高活性矿物材料能保证水泥石抗压强度良好发展,无衰退现象;优选的晶须/纤维材料对水泥石“降脆、增韧”作用显著,水泥石高温养护无开裂现象,且弹性模量能控制在9.0 GPa以内;通过配套使用高性能抗高温降失水剂、缓凝剂和高温稳定剂等外加剂,水泥浆体系综合性能良好,具有低失水、高温稳定性好、稠化时间可调、过渡时间短等特点。该研究成果对保证深井、超深井固井安全,提高固井质量具有重要意义。      

基于热增黏共聚物的高密度水泥浆高温稳定剂

针对水泥浆高温沉降失稳问题,设计开发了一种基于热增黏共聚物的高温高密度水泥浆稳定剂。首先,合成了一种热增黏共聚物,共聚物中引入新型疏水单体,测试了热增黏共聚物溶液不同温度下的流变性能,探索了其热增黏机理。热增黏共聚物溶液表观黏度随着温度的升高逐渐增加,115～125℃时达到最大值,温度持续升高,表观黏度略有降低,但150℃表观黏度仍可维持在初始表观黏度的2～4倍,表现出良好的热增黏效果。基于合成的热增黏共聚物,与助剂复配,制备了高温高密度水泥浆悬浮稳定剂,评价了稳定剂对高密度水泥浆沉降稳定性的影响,和加有稳定剂的高密度水泥浆流变性能、失水量、游离液、稠化性能和抗压强度等综合性能。实验结果显示,2.50 g/cm³高密度水泥浆中加入1%稳定剂后,150℃水泥浆密度差由0.58 g/cm³降低至0.07 g/cm³,水泥石密度差降到0.08 g/cm³以下,水泥浆高温变稀现象得到抑制,稳定性显著改善。加入稳定剂后,高密度水泥浆失水量及游离液降低,对水泥浆稠化时间、流变性能及抗压强度影响小,综合性能能够满...     

高温多功能防气窜水泥浆体系在四川盆地海相超深井中的成功应用

针对四川盆地海相高温、高压、高含硫超深气井所面临的高温水泥浆沉降、气窜、水泥石强度衰退等主要固井技术难题,基于高温高压稠化仪模拟沉降稳定性评价方法、颗粒级配原理优选体系稳定材料,采用直接测定气窜和塑性态渗透率为辅助手段的防气窜评价方法优选防气窜材料,基于乌氏黏度计法的聚合物耐温能力评价方法来优选高温缓凝剂,采用正交法测试、热重法辅助分析180℃高温养护后水泥石抗压强度,优选高温稳定剂石英砂粒径和加量,研究出水泥浆和水泥石性能良好的胶乳弹韧性和低渗透防窜水泥浆体系。结果表明,①水泥浆体系在密度为1.90~2.30 g/cm3、温度为150~180℃范围内具有良好的工程性能和应用前景,为解决该类固井技术难题奠定了基础;②加砂可缓解水泥石强度衰退,高温下,加砂量与抗压强度呈正向关系,相同加砂量下,只加细砂强度表现更优,但长期强度增加幅度不如粗砂;建议150℃和180℃时,硅砂加量分别大于35%和45%;③基于乌氏黏度计法的聚合物耐温能力评价方法能有效评价降失水剂和缓凝剂的抗高温能力,是快速筛选高温井关键处理剂的重要辅助手段;④建议进一步开展H₂S介质等酸性气体对水泥石的腐蚀评价,有利于合理设计防气窜防腐水泥浆体系。      

耐高温高压超高密度水泥浆体系的室内研究

天湾1井是位于准噶尔盆地中部的一口超深预探井,井深为7500 m,井底压力为170 MPa,井底温度为160℃,针对该井高温高压的问题,以及目前超高密度水泥浆存在的流动性和沉降稳定性差、动态失水量较大、以及大温差下顶部水泥石强度出现过缓凝等问题,室内成功研制出耐高温高压超高密度水泥浆体系,水泥浆密度可达2.55 g/cm3,该体系主要由新型加重剂、微硅、高温稳定剂、600目硅石粉（粒径为0.025 mm）、新型微锰矿粉、悬浮剂、高温缓凝剂、高温降失水剂、高温减阻剂等组成。实验结果表明,该体系水泥浆流动度达到32 cm,同时具有较好的沉降稳定性能,顶部水泥石强度较高,防气窜能力强,在160℃、170 MPa下,稠化时间线性可调,动态失水量为40 mL,该水泥浆体系应用范围广泛,可通过调整外加剂掺量来满足天湾1井不同井深温度下的固井施工要求。      

耐200 ℃固井水泥用悬浮剂的制备与性能表征

针对深井、超深井固井中,水泥浆在高温下液相黏滞力下降而发生固相沉降失稳甚至分层的问题,设计合成了一种耐200 ℃的高温悬浮剂GX,该剂是以丙烯酰胺（AM）、对苯乙烯磺酸钠（SSS）、N, N-二乙基丙烯酰胺（DEAA）为单体,过硫酸铵（APS）为引发剂,采用自由基溶液聚合法制得的三元共聚物。采用GPC、FTIR、1H-NMR和SEM对高温悬浮剂的分子量、结构和形貌进行了表征,结果表明,3种单体均参与聚合反应,成功合成了AM/SSS/DEAA三元共聚物。TG、FTIR和SEM分析表明,高温悬浮剂的耐热性能优异,最高可达318.6 ℃。高温沉降稳定性评价结果表明,高温悬浮剂的适用温度可达200 ℃,水泥浆中加入悬浮剂GX后,200 ℃下密度差小于0.02 g/cm3,能提高水泥浆的沉降稳定性,且高温悬浮剂的加入对水泥浆的流变性、稠化时间和水泥石的强度无负面影响。      

新型固井降失水剂HTF-200C

针对目前中国常规固井降失水剂抗温抗盐能力差、综合性能欠佳的问题,以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、新型双羧基化合物为单体,采用水溶液自由基聚合的方法合成了耐盐、抗高温的共聚物型固井水泥降失水剂HTF-200C。HTF-200C微观结构表征和应用性能综合评价表明,各单体成功参与聚合,共聚物热稳定性良好;该降失水剂控失水耐温可达200℃,抗盐达饱和,可解决常规降失水剂高温下易水解、稠化实验"鼓包"等问题;以HTF-200C为主剂的水泥浆体系失水量低、抗盐耐温能力强、低温下强度发展快、无超缓凝现象、胶凝强度过渡时间短,具有很好的综合性能。产品在辽河油田陈古1-3井应用后固井质量达到优质。     

新型固井降失水剂BXF-200L的研制与应用

目前中国使用的固井水泥降失水剂普遍存在抗盐、抗高温能力差的问题.介绍了一种新的共聚物型抗盐耐温油井水泥降失水剂BXF-200L的研制、开发及应用.由于在该共聚物分子结构中引入了多种官能团,该降失水剂在高温、高含盐的情况下能够性能稳定;具有一定的分散性能,加量增大不会增加水泥浆的稠度,在很宽的温度范围内具有优良的降失水性能.以BXF-200L为主剂的抗盐耐温水泥浆体系具有失水量低、抗盐能力强、水泥浆体稳定、抗压强度高、胶凝强度过渡时间短、防气窜等特点,具有很好的综合性能.现场应用效果较好.     

耐高温高密度防腐固井水泥浆

深层含酸性气体油气井中,高温、高压含CO₂气体环境易腐蚀水泥石,破坏水泥环密封完整性。为开发具有防腐能力的高温高密度固井水泥浆体系,对水泥浆关键材料进行研究,构建了抗高温高密度防腐水泥浆体系,分析了水泥浆性能和微观形貌。实验结果表明,锰矿粉加重剂能显著提高水泥浆密度,制备的水泥浆体系高温下抗腐蚀能力较好;研究的降失水剂JS18L、缓凝剂H16L在高温下能降低水泥浆失水量,调节稠化时间。将无机复合防腐剂NAM-H、聚合物防腐剂SZ-M2结合使用,作为防腐材料可增强水泥石防腐性能。使用研究的添加剂材料构建密度为1.90～2.20 g/cm3的抗高温高密度防腐水泥浆,水泥浆体系流变性好,稳定性高,失水量小于50 mL,稠化时间在3～5 h可调,满足固井作业要求。高密度水泥石高温下力学性能稳定,防腐能力强,水泥石腐蚀30 d的抗压强度衰退率在25%以内,腐蚀深度小于1.5 mm。该研究成果可为高温高压酸性气井以及二氧化碳地质封存井固井作业提供技术支持。