小井眼固井水泥浆体系的室内研究及性能评价

基于纤维增韧技术和颗粒级配原理,选择性能良好的降失水剂、分散剂以及其他外加剂,并利用膨胀剂的微膨胀作用,成功配制出高、中、低密度小井眼水泥浆配方,并对其进行性能评价。结果表明,小井眼固井水泥浆流变性好,滤失小,浆体稳定性高,防窜能力强,稠化时间可调,呈近似直角稠化,水泥石抗压强度高,抗冲击韧性和抗折强度高,弹性模量低,且具有良好的界面胶结强度,能够满足小井眼固井要求,对小井眼固井水泥浆体系的设计以及小井眼固井实践有着重要意义。     

高温高压井固井水泥浆体系研究

高温高压环境易对固井水泥浆性能产生较大的影响,引起水泥石强度衰退、添加剂失效等问题。针对高温固井对水泥浆的要求,研究了水泥浆关键添加剂材料,构建了抗高温固井水泥浆体系,并对水泥浆性能进行评价。实验结果表明,研究的高温降失水剂、缓凝剂、分散剂、加重剂能有效降低水泥浆的失水量,调节水泥浆的稠化时间和流变性,提高水泥浆的密度。使用研究的添加剂材料构建的抗高温高密度水泥浆体系在高温环境下常规工程性能良好,满足固井施工的要求,且水泥浆的高温强度稳定性好。研究结果可为高温固井作业提供技术支持。     

弹性防腐蚀固井水泥浆体系研究

为研究弹性防腐蚀水泥浆体系用于含二氧化碳酸性气体复杂井进行固井作业,室内研究了弹性材料、防腐剂、降失水剂、分散剂、缓凝剂外加剂材料,构建了弹性防腐固井水泥浆体系,并对水泥浆体系性能进行评价。结果表明,防腐剂CR-1和弹性材料EPT能有效提高水泥石抗腐蚀能力,并能降低水泥石弹性模量。降失水剂CG-1、分散剂DA-2和缓凝剂R1-2能降低水泥浆的失水量,改善水泥浆流变性,调节水泥浆稠化时间。构建的弹性防腐水泥浆体系性能满足固井作业要求,不同温度下水泥石腐蚀深度小,防腐能力强。不同围压下水泥石弹性模量低,具有较高的抗应力破坏能力。     

低密度弹韧性固井水泥浆体系研究

为构建适用于复杂井(如二氧化碳回注井、储气库井)固井作业的低密度弹韧性固井水泥浆体系,研究了水泥浆关键添加剂材料,并对水泥浆体系的性能进行了评价。结果表明,减轻剂、弹韧剂、降失水剂、缓凝剂和增强剂可以调节水泥浆的密度、弹韧性、失水量、稠化时间和强度性能,可应用于构建高性能低密度柔性水泥浆体系。水泥浆性能评价表明,在不同温度下,水泥浆流变性在300 r/min时的读数小于300,流变性好,失水量小于50 mL,稠化时间大于3 h。水泥浆在不同温度下养护24 h后的抗压强度均大于18.2 MPa,弹性模量最低为5.8 GPa,抗冲击强度均大于2.04 kJ/m²。构建的低密度柔性水泥浆体系具有较好的性能,可应用于固井作业。     

一种低黏韧性双防低密度水泥浆的室内性能研究

陆丰油田大位移井储层渗透率低、欠压稳，容易发生气窜，造成固井质量不佳，存在底部高温区域沉降稳定性差、易漏等固井技术难题。针对这些难点，室内筛选3M高强抗压中空玻璃微球来降低水泥浆密度为1.4 g·m^-3的同时可以提高水泥石的抗压强度，选用纤维与胶乳混合作为增韧材料，降低了水泥石的渗透率，有效达到目的层增韧防漏的效果。该增韧材料协同防窜剂CT-1和膨胀剂EXP-1，提高水泥石的胶结强度，具有防漏防窜的作用。由上述主要材料协同其他相关水泥浆添加剂构建了一套具有低黏韧性兼具防漏和防窜性能的低密度水泥浆体系，该低密度水泥浆体系具有良好的流变性，自由液为零，且水泥石上部密度和下部密度差值均小于0.03 g·m^-3，可以看出该韧性水泥浆体系具有优异的沉降稳定性能。低黏韧性双防低密度水泥浆具有良好的力学性能，抗压强度达28 MPa，弹性模量小于7 GPa，抗窜强度大于10 MPa·m^-2，且抗窜效果较普通低密度水泥浆抗窜能力提高了81.2%，说明该水泥浆具有较强封隔能力，可以有效提高固井质量。     

抗高温弹性固井水泥浆体系研究

为解决高温下水泥环完整性保障问题,根据高温复杂井对固井水泥浆体系要求,研究高温降失水剂、高温缓凝剂和抗高温弹性剂调节水泥浆的失水量、稠化时间和弹性模量,并构建了高温弹性水泥浆体系,对其性能进行评价。结果表明,研究的高温降失水剂HRW-4、高温缓凝剂HRT和高温弹性剂能有效调节水泥浆体系的各项性能,构建的水泥浆体系流变性满足固井施工要求,失水量33mL,稠化时间3～5h之间,抗压强度20 MPa以上且力学性能高温稳定性好,弹性模量低,有助于保障高温环境下水泥环完整性。     

高温防窜乳液水泥浆体系研究与应用

高温高压气井防气窜固井对水泥浆性能要求高,常规水泥浆难以满足固井要求。在分析高温高压气井防气窜固井难点的基础上,优选胶乳防气窜剂与新型纳米液硅防气窜剂,将二者有机复配,通过致密充填、活性胶凝、改善水泥石力学性能等方式提高防气窜性能,研制出高温防窜乳液水泥浆体系。该防气窜水泥浆体系具有流变性好、API失水低、直角稠化和沉降稳定性好等特点,且对缓凝剂加量、密度、温度计配浆水陈化等因素不敏感,便于现场操作与施工。水泥浆静胶凝强度发展快,防气窜性能好,水泥石高温强度高、高温稳定性好,且水泥石渗透率低,有利于防止气体渗流。该防窜乳液水泥浆体系在中国石化西北油田成功应用多井次,较好地解决了高温高压气井固井难题。     

SDJ2油井水泥降失水剂的室内研究

选用合适平均分子量的水溶性天然高分子改性产物羟乙基纤维素(HEC)合成一种油井水泥降失水剂SDJ2,并对添加SDJ2的水泥浆的性能进行了室内评价。这些性能包括水泥浆的流变性能、稳定性、稠化时间、失水量和水泥石的抗压强度等,并且将SDJ2与自制缓凝剂SDH-2进行了配方试验。结果表明,SDJ2对水泥浆有显著的降失水作用,流变性能和稳定性良好,与缓凝剂SDH-2有很好的相容性,稠化时间可调,水泥石抗压强度符合要求。     

复合型油井水泥早强剂LL的配伍性研究

在油气井固井作业中需要使用油井水泥外加剂来控制、改善水泥浆的流变性能和水泥的水化、凝结性能,提高水泥石的综合性能,保证固井质量。大量的实践表明,保证固井质量的关键之一是固井水泥浆的良好性能。而固井水泥浆的良好性能取决于水泥浆和水泥浆外加剂的性能。主要研究自制复合型油井水泥早强剂LL与实验室自制油井水泥缓凝剂MAM,分散剂FASA,降失水剂AS的配伍性规律。按照中国石油天然气行业标准SY/T5504.4-2008,SY/T5504.1-2005,SY/T5504.3-2008和SY/T5504.2-2005,测试水泥浆性能,最后进行早强水泥浆体系性能测试,通过配方1抚顺G级油井水泥+2.5%早强剂LL和配方2抚顺G级水泥+2.5%早强剂LL+1.0%缓凝剂MAM+0.5%分散剂FASA+1.0%降失水剂AS的水泥浆性能比较,结果表明,早强剂LL分别加入缓凝剂MAM,分散剂FASA,降失水剂AS后水泥浆性能均能达到相关行业标准,配伍性良好,并且早强水泥浆体系性能稳定,测得的稠化时间略有加长,初始稠度较低,抗压强度降低,能够满足固井的各项指标的要求。     

短切碳纤维对油井水泥基复合材料性能的影响

为保证油气井固井长期封固的有效性,需要在油井水泥基材料中添加增强增韧材料改善水泥浆性能。针对短切碳纤维对油井水泥基复合材料性能的影响,研究了短切碳纤维加入到油井水泥基材料中的流变性、稠化时间、失水量以及抗压强度、抗折强度和抗冲击强度,最后对碳纤维水泥石微观形貌进行观察。实验结果表明,碳纤维对水泥浆流变性和稠化时间影响较小,对水泥浆施工无不利影响,碳纤维的加入可以有效降低水泥浆的失水量;在0.4%碳纤维加量范围内,水泥石的抗压强度、抗折强度、抗冲击强度随着碳纤维加量增大均有不同程度的增大。养护28 d后,0.4%碳纤维水泥石的抗压强度、抗折强度、抗冲击强度较空白水泥石分别提高19.1%、34.4%、21.1%;短切碳纤维水泥浆凝固形成水泥石后,纤维通过粘结力和机械咬合力限制水泥试件中局部裂缝的扩展,同时也消耗水泥石破坏能量,从而增强力学性能。研究结果为碳纤维在油井水泥基材料中的应用提供借鉴与参考。     

防包心搬土水泥浆体系的室内研究及现场应用

普通的搬土水泥浆体系存在强度不高、稠化曲线包心等弊端。为了有效解决搬土水泥浆包心及强度不高的问题,本文优选了一种防包心搬土水泥浆体系,该水泥浆体系以搬土为主剂,辅以消泡剂、降失水剂、纳米硅以及缓凝剂配制而成。室内研究表明,防包心搬土水泥浆体系配方简单,易于调节,失水可控,强度较高,稠化曲线平缓。防包心搬土水泥浆体系已多次成功应用于南海东部惠州区块。     

多元复合弹韧性固井水泥浆体系研究

页岩气、致密气等复杂井对水泥石弹韧性要求高,单一材料无法从多途径改善水泥石力学性能。为开发高效弹韧性水泥浆体系,分别研究碳纤维、胶乳液和橡胶粉对水泥石力学性能的影响,评价了掺入不同弹韧性改性材料对水泥石弹性模量和抗冲击强度的影响规律,并以不同弹韧性材料复合构建多元复合弹韧性水泥浆体系,对其性能进行评价。结果表明,碳纤维对水泥石韧性提高最大,橡胶粉可大幅度提高水泥石弹性,胶乳的作用效果介于碳纤维和橡胶粉之间。以3种弹韧性材料构建的多元复合弹韧性水泥浆体系失水量小于50 mL,稠化时间3～5 h,抗压强度大于26 MPa,弹性模量4.8 GPa,抗冲击强度达到2.2 kJ/m2,抗折强度大于8 MPa,弹韧性水泥石力学性能优异。应力应变行为分析表明,当水泥石遭受压应力时,弹韧性水泥石弹性特征明显,形变能力更强。研究成果可用于大规模压裂井等复杂井固井作业。     

油井水泥专用丁苯胶乳的实验评价

针对传统丁苯胶乳在油井水泥浆中适用性能差的问题,采用种子乳液聚合方法合成了一种油井水泥专用丁苯胶乳,并对其进行了微观结构和应用性能评价。该丁苯胶乳物理性能、红外及热失重分析结果表明：该丁苯胶乳乳液稳定性好,高温下分子结构稳定。丁苯胶乳水泥浆的应用性能结果和微观结构分析表明：该丁苯胶乳水泥浆API失水可控制在50 mL内,耐盐性能好,可解决传统胶乳水泥浆稠化实验"鼓包"、"包心"等问题;加有该丁苯胶乳的水泥浆早期强度发展快,胶凝强度过渡时间短;丁苯胶乳能细化水泥浆的孔径结构,提高水泥浆的胶结强度和形变能力,并且其水泥石的柔韧性比原浆水泥石提高了30%;此外,能够满足深井、超深井和气井等复杂井的固井作业要求。     

羧基丁苯胶乳水泥浆的制备及性能研究

羧基丁苯胶乳是一种稳定且含有表面活性剂水溶液的聚合物粒子分散体。作为水泥的添加剂,用于改进水泥砂浆或混凝土的性能,它既要求改性后的水泥材料抗压强度、抗张强度、耐水、耐候性能好,同时又要求胶乳的粘结力强,并与水泥易掺混,在常温下可快速成膜。因此在研究过程中不仅要考虑到胶乳乳液聚合过程,还要考虑到许多影响胶乳性能和最终用途的因素,从而使改性的水泥砂浆可适用于不同的领域。本文综合运用表面活性剂技术、外加剂复配技术以及水泥石物相微观分析测试技术,研究了羧基丁苯胶乳对不同体系的水泥石力学性能的影响。实验结果表明,在羧基丁苯胶乳适当加量下的,使油井水泥浆流变性、强度、稠化时间、和降失水性能都有很大的改善,有助于水泥环在后续施工过程中维持长期有效层间封隔。     

单通道井固井低黏微膨胀韧性水泥浆体系研究

介绍了单通道井的特点,基于单通道井对固井水泥浆的要求,开发了适用于单通道井固井用的低黏微膨胀韧性水泥浆体系,室内对水泥浆各项性能进行了试验研究,结果表明：开发的水泥浆体系能够满足单通道井固井的要求,低黏微膨胀韧性水泥浆体系配方(w)为：100%G级水泥+42%淡水+7%流型调节剂LPG+1%膨胀剂PUB+7.5%胶乳液+5%降失水剂DPT+0.4%缓凝剂HP-2+1%消泡剂。低黏微膨胀韧性水泥浆体系具有低黏、稳定性好,稠化时间可调,受温度影响较小等优点,能够满足单通道井对固井水泥浆性能的要求。     

胶乳防窜水泥浆的室内研究与现场应用

对室内合成胶乳进行了粒径测试,室内研究了胶乳加量对水泥浆基本性能的影响,得出胶乳可有效改善水泥浆的失水性能,增强水泥石的韧性,提高水泥环的密封性,有助于提高固井胶结质量,据此优选出了胶乳防窜水泥浆体系,对其静胶凝强度发展、防窜性能等作了相关评价,其胶凝强度过渡很快,防气窜测试无气窜发生,具有良好的防窜效果。并介绍了该胶乳防窜体系在毛坝7井的现场应用。     

聚合物胶乳协同聚丙烯纤维韧性化改造对油井水泥石性能的影响

为解决高温下水泥石韧性不足问题,通过以聚丙烯纤维协同胶乳的方式实现对水泥石的韧性化改造,分析不同聚丙烯纤维和胶乳加量下的胶乳/聚丙纤维水泥石综合性能。结果表明:胶乳的掺入对水泥的抗压强度会有一定影响,但对于提高水泥石的弹韧性则表现出积极作用;适量的纤维混入能在一定程度上解决胶乳水泥石强度降低问题,且能迚一步强化水泥浆浆体稳定性,起到有效的互补增强作用。     

一种固井聚合物类降失水剂用交联剂的研制与应用

近年来,油井水泥聚合物降失水剂的应用越来越广泛,该类产品表现出优良应用性能的同时,在高温下部分水解,造成水泥浆稠化时间随着温度的升高而延长的现象也显现出来.针对该问题,研制了一种聚合物用交联剂,能够解决聚合物降失水剂在水泥浆中聚合物水解产生的稠化时间倒挂的问题;同时,经过交联的聚合物降失水剂在流变、失水量和沉降稳定性方面也得到了改善,聚合物降失水剂用交联剂的加入不影响水泥浆强度的发展,有效解决了聚合物降失水剂存在的问题.     

耐盐降失水剂AMPS/DMAA/IA的合成及其性能评价

针对目前降失水剂黏度大、易增稠、抗盐能力差等问题,以2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸（AMPS）、N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）、衣康酸（IA）为聚合单体,采用水溶液自由基聚合方法合成了适用于海水水泥浆体系的降失水剂AMPS/DMAA/IA。通过红外光谱分析,各单体成功参与聚合反应,经热重分析,三元共聚物AMPS/DMAA/IA耐温可达320℃。经水泥浆性能测试表明,该降失水剂具有优良的降失水性能,抗盐可达饱和;在海水水泥浆体系稠化曲线平稳,无"鼓包"、"包芯"现象;低温下,随着加量增加,对水泥石抗压强度影响较小,无超缓凝现象,在海水水泥浆中具有良好的综合性能。     

超高温水泥浆在乐东A井中的应用

乐东A井位于莺歌海盆地,是一口高温高压预探井。最终完钻井深5057m,井底静止温度是210℃,是近年来海上固井应用的最高温度。针对现场需要,本文研制了密度为1.90g/cm~3至2.1g/cm~3的耐高温水泥浆体系。该体系选用AMPS类缓凝剂与有机酸复配的缓凝剂提高水泥浆的耐温性,能耐温至230℃;选用分散型高温降失水剂与防窜型降失水剂同时使用,两种降失水剂协同作用,大幅度提高水泥浆控失水能力以及防窜能力。实验表明,水泥浆稠化时间规律性好、抗高温控失水能力强、体系稳定性好、在200℃下,强度发展好,防窜性能SPN值小于3。同时研究了体系与隔离液的相容性。应用效果表明,设计的耐超高温水泥浆保证了该井高温高压固井作业质量和施工安全。