钻井液转变成水泥浆的室内研究

固井作业中常因井壁水泥面间密封差、附着于裸眼井壁的泥饼及隔离液对水泥浆产生污染,而影响固井质量。介绍了将钻井液转变成水泥浆的MTC技术。对分散剂、早强剂、有机缓凝剂及激活剂进行了MTC体系配方优选。试验表明,该配方使转化后水泥石3d强度大于10MPa,流变性、稠化时间等性能均可满足固井施工要求。     

油基钻井液与水泥浆接触污染内因探讨

油基钻井液因其良好的性能被广泛应用于深井、复杂结构井钻井中,但伴随其广泛应用,油基钻井液与水泥浆因接触污染引起井下复杂情况案例越来越多。为此,首先分析了水泥浆中掺混钻井液和钻井液外加剂对其性能影响,在此基础上,借助于扫描电镜、X射线衍射仪及傅里叶变换红外光谱仪等现代分析手段,探究掺混前后水泥浆物相和微观形貌的变化。研究结果表明:油基钻井液中降滤失剂、氯化钙在水泥水化不同阶段增加了的氢氧化钙的溶解度,加快了C₃S水化速度,使得水泥浆凝聚、变稠,导致水泥浆流动性急剧变差;而主乳化剂、辅乳化剂及黏土增加了油基钻井液界面膜的强度与厚度,难以与水泥浆形成“油包水”或“水包油”乳化结构而造成污染。该系统性研究更加深入地认清了油基钻井液与水泥浆接触污染的本质,为防范两者接触污染提供技术参考。     

油基钻井液性能与固井质量研究

为了研究油基钻井液性能和固井质量之间的直接关系，采用新建立的评价方法--人工岩心法，考察了油基钻井液体系及其主要组分对固井作业中第一、第二界面剪切胶结强度的影响规律，以及不同混浆比例下对水泥浆胶凝强度、初凝时间、终凝时间和水泥石抗压强度的影响规律。研究表明：对两界面胶结强度的影响由大到小依次是体系、乳状液、主乳化剂、降滤失剂、白油；前置液清洗后，胶结强度成倍提高，尤其对体系、乳状液和降滤失剂清洗效果最佳；随混浆比的增大，水泥浆初凝和终凝时间明显延长，水泥石抗压强度明显下降，甚至不凝。     

基于油基钻井液下固井前置液的研究及应用

随着勘探开发的需要,油基钻井液钻井逐步增多,但钻井后井壁存在含油泥饼、套管壁上黏附有油基钻井液,影响固井质量。开发了适合油基钻井液的清油冲洗剂QY-1和清油隔离液GLY-1。QY-1可有效清洗油膜,冲洗率达95%以上。清油隔离液GLY-1密度在1.00~2.20 g/cm3之间可调,悬浮稳定性好,具有良好的抑制能力,与油基钻井液、水泥浆配伍性良好。形成了高密度前置液的多级配制工艺,保证了现场前置液性能与室内实验一致。同时建立了四级冲洗顶替工艺技术,提高了顶替效率,进一步提高固井胶结质量。现场应用5口井,固井质量优良。     

油基钻井液混浆对水泥浆性能的影响

针对固井时油基钻井液与水泥浆混合发生接触污染,会造成混浆段流变性变差和抗压强度降低这一问题,文章对接触污染的机理进行了分析和讨论,比较了掺入油基钻井液前后的水泥浆性能,并利用环境扫描电镜、X-射线衍射仪、红外光谱和扫描电镜对比了掺入前后水泥浆的物相、水化过程和微结构。研究结果表明,接触污染的机理在于油包水乳化钻井液中的乳化剂在水泥浆中产生了渗透压现象和破乳作用,渗透压现象可造成水泥浆中的自由水通过半透膜迁移入钻井液中的盐水相中,导致水泥浆流变性能急剧恶化;破乳作用可造成乳化剂在混浆中的游离,游离乳化剂会包裹油相于水泥颗粒上导致水泥石产生蜂窝结构,强度严重下降。     

超高密度抗盐水泥浆体系的研究

针对西部地区高压油气层或老油区调整井固井作业时发生井喷、气窜的问题,研究出了超高密度抗盐水泥浆体系.该水泥浆体系由铁矿粉、降失水剂GJF-200L、分散剂FDN、缓凝剂GJR-200L、悬浮剂(微硅)配制而成.通过对超高密度抗盐水泥浆体系性能评价得知,该体系在淡水、10%NaCl盐水条件下,具有一定的抗压强度、良好的稳定性、较好的失水控制能力,稠化时间易调整.由现场模拟固井实验表明,该体系的流动度、初始稠度、可泵时间、稠化时间、失水量、析水量和抗压强度均满足了施工要求;密度为2.42 g/cm3的水泥浆,当立罐压力为0.15～0.18 MPa时可保证正常供灰,达到所需的密度;密度为2.60 g/cm3的水泥浆,当立罐压力为0.18～0.20 MPa时可保证正常供灰,达到所需的密度.该超高密度抗盐水泥浆体系可用于现场异常高压油气井固井施工的需要.     

油基钻井液用冲洗液BCS-020L研制及应用

油基钻井液完钻井井壁及套管壁上附着的油浆、油膜会影响固井界面的胶结性能。为了改善水泥环与环空界面的亲合性,提高界面胶结强度,研发了BCS-020L冲洗液体系。实验结果表明,BCS-020L冲洗液与钻井液、隔离液均有较好的相容性,对井壁和套管壁上附着的油基钻井液具有良好的冲洗效果,冲洗效率达到80%以上;对环空界面具有良好的润湿改性作用,可以有效促进水泥环与环空界面的胶结。该冲洗液体系在玉门油田柳平1井取得成功应用,固井质量优良。     

植物油全油基钻井液研究

植物油的主要成分是脂肪酸甘油酯,化学活性强,其油基钻井液的配套处理剂需重新研究。通过分析4 种有机土在植物油中的90 min 和4 h 成胶情况及其对植物油基钻井液性能的影响,对有机土进行了优选;自行研制了新型乳化剂和降滤失剂,并与其他产品进行了对比评价。由植物油水解产物高级脂肪酸混合物和具有多反应节点的多元醇在一定条件下反应,合成一种乳化剂,其乳化效率高,抑制水解效果好,热滚前后流变性较好,综合性能较好。自制一种液体降滤失剂,其主要成分是大分子胶团化合物和腐植酸酰胺,具有较好的降滤失效果,且能明显改善动塑比,提高乳液稳定性,而且已经实现工业化生产。经过大量性能评价实验及正交实验,形成了一套抗150 ℃高温的植物油全油基钻井液,其配方为:基液（（植物油∶20%CaCl₂）=95∶5）+ 3% 乳化剂+2% 有机土+4% 降滤失剂+1%CaO+ 重晶石。通过抗污染实验证明,该体系有很好的抗水、土和石膏污染能力,能够满足现场应用需求,具有很好的应用前景。      

中国石化页岩气油基钻井液技术进展与思考

围绕着页岩油气资源和复杂地层常规油气资源勘探开发对钻井液技术的需求,介绍了中国石化近年来油基钻井液技术研究进展与应用情况,包括油基钻井液技术难点、关键处理剂的研发、柴油基和矿物油基等多套油基钻井液体系的研制、配套工艺技术及现场应用等多个方面。同时根据国内外油基钻井液技术的对比和技术发展的需求,探讨了中国石化页岩油气资源钻井液技术的发展方向。      

合成基钻井液技术研究与应用

通过对基液和处理剂的优选，研制出一种合成基钻井液，对其性能进行了评价。该合成基钻井液选用气制油作基液，其具有较高的闪点和苯胺点、较低的凝点和运动黏度，几乎不含芳香烃；主辅乳化剂的配比为2.0～2.5，总量在3%～5% 之间；优选的有机土90 min 的胶体率大于90% ；用油分散性的疏水改性腐植酸SGJ-1 作降滤失剂。性能评价结果表明:该合成基钻井液密度可达2.0 g/cm3，能够抗200 ℃的高温，流变性和稳定性均很好，而且具有好的润滑抑制性、储层保护效果和环境保护性能。该体系在超稠油井郑41- 平2 井、曲8- 侧斜11 井的强水敏性地层进行了成功应用。结果表明:体系具有良好的抗污染能力、优良的悬浮和携岩能力，实现了良好的封堵，保持了井壁的稳定和井眼的规则，且性能稳定、维护简单、挥发量小、气味小，安全环保。      

用于油基钻井液堵漏的氯氧镁水泥浆体系

氯氧镁水泥具有优良的机械和热性能,常作为工业地板、防火、砂轮和墙体保温材料。针对常规水泥浆存在的抗侵污能力和酸溶性差,无法处理油基钻井液恶性漏失问题。利用氯氧镁水泥硬化体系的多元结晶相,采用DISP-S作为分散剂,DOT和Atmp复配作为缓凝剂,对氯氧镁水泥体系进行了优化,设计了一种可应用于油基钻井液大型漏失的堵漏水泥浆体系。实验结果表明,该堵漏水泥浆的密度为1.76 g/cm3,沉降稳定性良好,自由水含量几乎为0,失水量小于40 mL,在60℃下的稠化时间可达230 min,在中低温范围内水泥石的抗压强度均在30 MPa以上,侵入油基钻井液的水泥石仍然具备一定的力学性能,并且能在浓盐酸中完全溶解。     

库车山前固井质量风险评价研究

塔里木山前构造油气资源丰富,但其气藏埋深在7 000 m左右,应用油基钻井液可有效地解决盐膏岩、泥页岩层段钻进过程中井下复杂问题,但在此环境下油基钻井液影响了水泥石与井壁/套管的胶结能力。为此,以已施工井的相关数据为参考依据,分别从液固界面润湿反转能力、防漏条件下提高顶替效率的施工排量、固井井筒浆体性能匹配以及套管扶正器安放情况为研究对象,系统分析影响固井质量的主要因素。研究结果表明,在用隔离液中表面活性剂/水大于30%可实现胶结界面处于亲水状态、在未发生漏失条件下排量达到塞流流量以上均有助于提高顶替效率,每2个套管安放一个扶正器能确保套管居中度大于67%;综合分析表明,影响部分井固井质量不理想的主要原因是套管居中度差与部分井段井筒内的浆体匹配性差。基于本论文理论与现场相结合的针对性研究,为提高区域固井质量提供了切实可行的方法与依据。      

热采侧钻井塑性水泥浆研究与应用

辽河油田稠油热采侧钻井由于其自身的特殊性,如环空间隙小、水泥环薄等,固井质量一直不是很理想,进而导致油井生产寿命短.优选出一种塑性材料,在基浆中加入3%～5%该塑性材料可以将水泥石的变形能力提高8%以上,同时该塑性材料能产生适度弹性膨胀,提高水泥石与套管、地层的封隔性能,可保证水泥环的长期封隔效果.优选出了与该塑性水泥浆配伍的降失水剂、促凝剂、缓凝剂和分散剂,形成了适合不同井温条件的塑性水泥浆配方,该塑性水泥浆的流动性好,失水量可控制在50 mL以下,稠化时间在2～3 h之间可调.该塑性水泥浆在大量热采侧钻井中的现场应用,取得了十分理想的效果.     

Pickering乳液在油基钻井液中的应用

Pickering乳液以其较高的聚并稳定性、多样性、可调控性、低成本、低毒性和生物兼容性等优势,广泛应用于生物医学、食品和化妆品等领域。近年来,Pickering乳液在石油行业的应用备受关注。分析了Pickering乳液的稳定机理与其相较于传统乳液的优势;探究了影响Pickering乳液稳定性的诸多因素及调控方式;最后综述了近年来国内外Pickering乳液在钻井和驱油方面的应用,并对Pickering乳液在石油行业中的发展前景进行了展望。      

新型油井水泥分散剂PC-F42L的研制与应用

采用水相自由基聚合反应的方法,制备了一种新型的可用于油田固井的聚羧酸分散剂PC-F42L,并对其性能进行了评价。评价结果表明,新研制的分散剂PC-F42L对水泥浆的流变性能具有较强的调控能力,分散效果显著,其加量为0.5%～1%(BWOC)时,所配制的水泥浆初始稠度低,流性指数随着分散剂加量的增加逐渐增大;并与常用的降失水剂、缓凝剂有良好的相容性;在通常使用的几种水泥浆体系中的性能优于目前常用的磺化醛酮缩聚物类分散剂。现场应用表明,使用PC-F42L所配制的水泥浆流动性能良好,水泥浆失水量、稠化时间与抗压强度发展均能够满足要求,适用于油田固井。     

功能性固井工作液研究进展

随着油气勘探开发工作的逐步深入以及向深层、复杂地层、非常规储层、海洋等领域的拓展,油气井固井难度显著增加,对固井后水泥环长期密封性能要求越来越高,固井工作液体系的研发及应用面临新的挑战。从长封固段大温差水泥浆体系、韧性水泥浆体系、防腐蚀水泥浆体系、稠油热采井固井水泥浆体系、自修复（自愈合）水泥浆体系、深水固井水泥浆体系及功能性前置液体系,总结了近年来固井工作液体系的技术进展。根据复杂井固井作业面临的挑战,从固井新材料及功能性水泥浆体系两方面提出了今后的攻关方向。      

抗高温油基钻井液封堵剂PF-MOSHIELD的研制与应用

针对层理和微裂缝发育的高温高压复杂井，从提高多尺度封堵效果和高温稳定性出发，研制了一种由独特的化学改性剂和磺化沥青、油溶性碳酸钙、纳米二氧化硅以及苯乙烯丙烯酸酯共聚物等组成的抗高温油基钻井液封堵剂PF-MOSHIELD。该封堵剂粒径分布在1～189.02 μm之间，热稳定性好，分解温度高达378℃，软化点为260℃，且能在油相中稳定分散。与传统的油基封堵剂相比，该封堵剂在压差的作用下挤入微裂缝，同时参与了“内滤饼”和“外滤饼”的形成，在高温下能对不同孔隙度的裂缝进行封堵，有效降低渗透滤失量和滤失速率。在南海海域WZ6-9、WZ12-1等区块井的应用表明，添加PF-MOSHIELD的钻井液体系流变稳定，电稳定性提高，减少页岩中孔隙压力传递效应，能够满足层理和微裂缝发育的硬脆性和破碎性地层井壁稳定要求。      

海上增韧防窜固井水泥浆体系研究及应用

针对海上高压低孔渗油气田固井注水泥候凝时气窜、储层压裂后水泥环破裂等问题,经数值模拟分析压裂作业所需水泥石的性能参数,通过加入胶乳、纤维和膨胀剂等材料,降低弹性模量,增加抗拉强度,达到防收缩防产生间隙的目的,研制了海上增韧防窜固井水泥浆体系。室内评价结果表明,该水泥浆体系的密度为1.65~1.85 g/cm3,API失水量小于50 m L;稠化时间在3~6 h可调;游离液为0,具有良好的施工性能,满足作业要求。水泥石24 h抗压强度大于14 MPa;杨氏模量为3~5 GPa;泊松比为0.13~0.20,满足了压裂对水泥石韧性的要求。该体系弹性模量较常规水泥石降低了约50%,抗拉强度提高了10%左右,增韧防窜性能优良。该体系在东海多口井现场应用,固井质量优良,满足了防气窜和压裂作业的需要。     

油基钻井液体系在东海气田的试验应用

东海地区油气层系主要分布在花港组和平湖组,存在砂泥岩互层胶结疏松、裂缝性泥岩以及煤层发育等地层特性,井壁稳定和井眼清洁是导致钻井复杂情况的主要原因。研究气田的大位移井最大井深为6 716 m,最大水平位移达4686 m,垂深最大为4 429 m,井底温度最高在150℃以上,井口返出钻井液温度在115℃以上。大井斜、高水垂比和长水平位移,使井眼清洁难度更大;地层温度高,使设备维护难度大。为满足该气田大位移井安全高效作业要求,建立了一套低黏高切的油包水钻井液体系,并加入了2%封堵剂PF-MOLSF、2%成膜封堵剂PF-MOLPF和2%~3%疏水胶体封堵剂PF-MOHCP。在现场应用中,通过调节提切剂PF-HSV-4加量,该油基钻井液表现出了很好的携岩性,井眼净化效果好;在地层稳定性差的井段增加成膜封堵剂的加量,7口井没有发生漏失,井下事故率为零,个别井段遇阻均划眼通过,划眼时间相比探井减少70%以上,其他作业都安全顺利;钻井液在储层段的高温高压滤失量均在3 mL以内,且滤失的几乎全为油相,对储层液损程度小,避免了水敏等伤害。室内评价和现场应用结果表明,该油基钻井液具有良好的流变性、电稳定性和润滑性,井壁稳定和储层保护效果明显,加上钻井液维护及油基岩屑处理等配套措施的完善,使其在东海的应用获得了成功。      

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根据长庆气田陕242井天然气欠平衡钻井配套技术(低密度高强水泥浆固井技术)研究应用，进行了大量的室内试验研究。试验研究得出增强减轻外掺料、高温降失水剂及低密度高强水泥浆体系。现场试验结果表明，该体系固井质量良好，完全满足欠平衡钻井对固井水泥浆的要求。