三塘湖水平井增韧防窜水泥浆技术研究与应用

文章针对吐哈油田三塘湖区块水平井的固井质量差、水泥石硬脆性造成压裂过程中出现的环空窜流等难题进行技术攻关,在水泥浆中加入热塑性高分子聚合物材料,设计出新型增韧防窜水泥浆体系,可有效降低水泥石的弹性模量,提高水泥石抗冲击功和防窜能力。与常规水泥石相比,其力学形变完整性的保持能力有较大提升,提高了三塘湖区块的水平井固井质量,满足了后期射孔、压裂工艺的要求。     

四川盆地页岩气水平井B环空带压原因分析与对策

四川盆地页岩气井环空带压井比例较高,对气藏高效开发和气井井筒完整性带来了挑战。通过对国内页岩气开发区块环空带压实际情况的具体分析,运用同位分析方法确定气体来源,采用物理模拟试验方法开展页岩气井环空带压机理研究,明确了不同水泥浆体系下压裂过程中水泥环密封失效规律,形成了改善水泥环密封性能、缓解分段压裂井环空带压现象的关键技术:在浆柱结构完全满足密封要求的基础上,利用相间填充技术和降低水泥石孔隙度方法,开发出低孔隙度低弹性模量水泥浆体系,弹性模量低至4.2 GPa,相比常规水泥石35%的孔隙度,孔隙度降低27.1%,水泥石弹性变形能力大幅提升。现场5口井的应用实践证明,固井质量优质率达到100%,且未发生环空带压现象,对环空带压的控制具有良好的借鉴作用。     

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。     

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。     

高强微弹水泥浆在延长油田致密油水平井中的应用

为了提高延长油田致密油水平井的环空密封能力、保证多级缝网压裂开发效果,对水泥浆进行了功能化改性。结合该油田南部致密油储层特征、水平井井身结构和多级缝网压裂对固井水泥浆性能的要求,建立了套管–水泥环–地层受力模型,分析得到了水泥石杨氏模量与界面压力的关系图版,并据此设计了水泥浆;对丁苯胶粉进行了粒径优选、表面处理,并与甲酰胺及无机盐复配制得高强微弹剂,辅之以其他外加剂,形成了满足性能要求的高强微弹水泥浆。研究发现,水泥石杨氏模量越低、地层杨氏模量越高、压裂施工压力越低、井眼扩大率越小,则满足环空密封要求的水泥石抗压强度越小;与空白样相比,高强微弹水泥浆抗压强度提高51.8%、杨氏模量降低10.5%、抗折抗拉强度提高75.0%以上。该水泥浆在延长油田南部10余口致密油水平井进行了现场应用,水平段固井质量合格率达95%以上,分段压裂时未发生窜流。研究结果表明,高强微弹水泥浆可以提高延长油田致密油水平井压裂后的环空密封性,具有推广应用价值。      

低渗透油气藏水平井固井用增韧防窜剂的研发和应用

低渗透油气藏是中国目前最为现实的待开发非常规油气资源,将在未来10～20年内,成为弥补常规油气产量短缺的重要的角色。针对国内低渗透油气水平井开发、多级压裂和工厂化作业等特点,以建立长期有效的层间封隔为目标,研发了油井水泥用增韧防窜剂。该增韧防窜剂可有效缩短水泥浆静胶凝过渡时间15 min以内,降低水泥浆失水,提高水泥防窜性能;另一方面可降低水泥石弹性模量,提高水泥石抗冲击性能10%以上,明显改善水泥石韧性。在长庆油田陇东区块24口油井水平井固井作业中进行了应用,固井优质率平均提高15%以上,后期压裂改造过程中未发现水窜,含水率降低30%～60%,有效抑制了井底压裂后的油气水窜问题,产油量明显增大。     

庆深气田气井固井水泥浆体系研究

分析了庆深气田固井对水泥浆性能的要求,研制出了抗高温高韧性防气窜水泥浆体系,并对该水泥浆体系性质及水泥石特性进行了实验。结果表明,该水泥浆体系在高温下性能稳定,水泥石具有一定的抗冲击性和韧性,同时因为该水泥浆体系具有塑性胶乳特性,其在候凝期间具有较强的防止气体窜入环空的作用,从而提高了气层的封固质量,防止了气窜。现场应用表明,该水泥浆体系成功解决了气窜问题,固井质量合格。     

JY页岩气田水平井预防环空带压固井技术

随着页岩气大规模开发,针对提高页岩气水平井固井质量的研究逐渐增多,但同期页岩气井环空带压情况并未缓解,对页岩气田的安全生产提出了严峻挑战。为解决页岩气井环空带压难题,建立了水泥环密封完整性评价装置,针对JY页岩气田开展了水泥环密封完整性影响因素分析,并相应形成了预防环空带压固井技术。研究认为水泥石胶结差和体积收缩导致早期环空带压,而分段压裂及生产参数变化对水泥石胶结和本体的破坏是页岩气井环空带压的最主要原因。预防环空带压固井技术在JY页岩气田进行了推广应用,压裂投产后带压井比例下降了82%,有效解决了页岩气井环空带压难题,提高了页岩气井水泥环长期密封完整性,保障了页岩气田安全开发。     

陆相页岩气水平井中增韧防气窜固井水泥浆体系的研究

针对陆相页岩气水平井固井低压易漏、大型多级压裂对水泥环韧性要求高等特点,研发了增韧防气窜固井水泥浆体系。首先,通过套管-水泥环-地层的地质力学模型,确定了页岩气井固井水泥石的力学性能要求;然后,通过水泥石的室内力学实验,优选了增韧剂的类型,优化了增韧剂和其他外加剂加量范围,确定了增韧防气窜水泥浆体系配方;最后通过室内实验评价了固井水泥浆体系综合性能,实验结果表明:增韧防窜水泥浆体系稠化过渡时间1 min,滤失量控制在20 m L以内,SPN值小于1,防窜性能好,制成的水泥石弹性模量较常规水泥石降低了27.5%,抗折强度增加了53.5%,渗透率降低了46.9%,韧性良好。所提出的增韧防气窜固井水泥浆体系能够满足页岩气水平井多级大型压裂增产改造的需要。     

大庆深层气井防窜固井新技术

大庆深层气井具有地温梯度高、封固段长、固井后环空易气窜、套管及水泥石腐蚀等技术难点,在近年成功开发高效冲洗隔离液、 DHL丁苯胶乳抗高温防窜水泥浆体系、套管及水泥石防腐技术的基础上,针对环空气窜开展了"庆深气田防气窜固井技术研究"等重大新技术科研攻关,开发了抗高温微膨、增韧防气窜水泥浆体系和环空气窜阻断工具,并优化了固井施工工艺,发展了大庆油田深层气井固井技术,取得了良好效果.     

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针对浅井低温防气窜特点与难点,在防气窜基本条件指导下,改进水泥浆体系,提高水泥浆在浅井条件下防气窜性能（低失水,低温早强、提高沉降稳定性,增大水泥浆对气体阻力,加强水泥环界面粘接）,能有效地达到防气窜目的。文章选用四川石油管理局川西北矿区常用外加剂与防气窜剂配方,并考虑经济合理性,研制出浅井防气窜水泥浆体系,现场应用取得了明显的效果。     

一种新型胶乳水泥浆性能研究

通过对胶乳水泥浆体系的降失水、稠化时间、胶结强度、稳定性、流变性、防气窜能力、强度等方面的性能进行评价和配方调试实验,结果表明:与普通的油井水泥相比,胶乳水泥弹性好,具有良好的抗拉、抗折和抗冲击性能,耐腐蚀性好,水泥环界面胶结良好;胶乳的加入增强了水泥石的抗冲击性和弹性,复配后水泥浆的降失水性能良好.胶乳水泥浆体系具有...     

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％。     

固井水泥浆不同凝固状态时的气体窜流实验

针对气体窜流问题,设计和开展了水泥浆不同凝固状态的气体窜流实验,观察了气体窜流现象,测量了气体窜流压力,分析了气体窜流形态及窜流路径,研究了气体窜流规律。研究表明,当水泥浆凝固时间较短（120 min和180 min）时,气体窜流压力较小（低于0.05 MPa）,气体主要从水泥浆内部缓慢窜出,窜流通道尺寸总体较小但由下而上逐渐变大;当凝固时间增至200 min和220 min后,气体窜流压力增大至0.15 MPa和0.20 MPa,气体主要从内部突然大量猛烈窜出,窜流通道呈“糖葫芦”形和“裂缝”形且尺寸较大;凝固时间增至240 min后,窜流压力进一步增大至0.22 MPa,此时气体不能从水泥浆内部窜流,只能从水泥浆和井壁之间的胶结界面处窜出。建议针对水泥浆的不同凝固状态采用不同的策略来进行防窜设计。      

水泥浆中气体运移的模拟试验

气窜是引起固井质量问题的重要因素,如何防止气窜是本文研究的重点。在建立了简易模拟试验装置的基础上,对水泥浆添加剂、水灰比、套管偏心、井筒倾角、水泥浆流变性学数等因素对气体运移速度的影响进行了研究,认为改善水泥浆胶凝强度是阻止气体运程的有效措施。试验结果表明:在水泥浆中加入适量的CMC以及降低水灰比,可有效阻止气体的运移;施工中保证套管居中及提高水泥浆顶替效率有助于降低气体运移速度,达到防止气窜的目的。     

海上超高温高压探井弃井水泥塞技术

莺琼盆地超高温高压探井高密度弃井水泥塞面临着流动性与沉降稳定性矛盾突出,水泥石强度易衰退,封固段长,温差大,顶部强度发展缓慢,安全密度窗口窄,水泥浆漏失与气窜风险并存等难题。通过使用球形微锰矿加重水泥浆,改善高密度水泥浆流变性,同时提高其沉降稳定性,优选高温成膜防气窜剂,降低气窜风险,优化硅粉加量,提高水泥石高温抗压强度,强化隔离液防漏性能,配合挤入式固井注水泥塞工艺,形成了一套莺琼盆地超高温高压弃井水泥塞技术。该技术在莺琼盆地应用最高井底静止温度达213℃,水泥浆最高密度达2.50 g/cm3。现场应用表明,弃井水泥塞流动性及沉降稳定性好,高温强度发展快且不衰退,稠化时间稳定,具有良好的防窜及防漏能力,均成功封固住高压气层。      

超深超高温裂缝性气藏固井水泥浆技术

顺南井区属于裂缝性气藏,漏失风险大,且水泥石在超高温条件下易发生强度衰退,导致气层固井质量无法满足后续施工要求,为此,开展了抗高温防漏水泥浆固井技术研究。通过探究硅粉加量对水泥石强度的影响,得到水泥石强度衰退预防的方法;利用水泥浆静态堵漏仪,评价纤维体系的堵漏能力,形成防漏水泥浆技术;综合水泥石强度衰退预防及漏失控制方法,优选关键外加剂,形成气藏固井用抗高温防气窜水泥浆体系。实验结果表明:井温大于180 ℃时,硅粉含量大于50%水泥石强度不易衰退;封堵1 mm裂缝和2 mm孔分别需加0.6%的6 mm纤维、1%的8 mm纤维。新型水泥浆体系具有较好的防气窜性能,且在顺南井区得到了成功应用。该抗高温防漏水泥浆固井技术对顺南井区具有一定的适应性,可为该区块勘探和开发提供技术保障。     

固井后环空气窜预测新方法

为了准确地预测固井后环空气窜的危险程度，有针对性地采取相应的防气窜水泥浆体系和工艺技术措施，利用7150型防气窜模拟实验装置研究了固井后环空气窜的影响因素。认为固井后环空气窜的主要原因是由于水泥浆失重引起的。分析了水泥浆静胶凝强度、失水等对水泥浆失重的影响规律，提出了新的固井后环空气窜预测新方法。给出了压稳系数GELFL的计算公式及评价标准：如果GELFL小于1，说明环空水泥浆液柱净压力在静胶凝强度达到240Pa时已不能压住地层压力，极易发生气窜，GELFL越小，发生气窜的可能性越大；如果GELFL大于1，说明环空水泥浆液柱净压力在静胶凝强度达到240Pa时可以压住地层压力．气窜危险程度较小，GELFL越大，发生气窜的可能性越小。现场应用该方法并配制相应的防窜水泥浆体系，有效地防止了环空气窜，主要油气层段水泥封固质量优良。     

庆深气田深层气井防气窜固井配套技术

针对庆深气田深层天然气井固井后,出现井口环空压力高、气窜气量小等微间隙气窜难点,提出了以消除微间隙为核心的防气窜固井配套技术思路。研制的环空气窜阻断器循环阻力小、强度高、抗温能力达到200 ℃;微间隙封堵液与水泥浆相容性好,凝结时间可根据要求在7～29 d之间调整,具有良好的微间隙封堵效果;抗温180 ℃的微膨胀防气窜水泥浆体系具有抑制水泥石收缩、抗压强度高、滤失量和渗透率低等特点;同时还在井眼准备、提高虚滤饼冲洗效果、压力补偿、优化固井施工设计和钻分级箍等方面进行了配套技术研究。由此形成了庆深气田深层气井防气窜固井配套技术。     

GJ-1保护气层防气窜水泥浆体系研究

分析了低渗透气田气层对水泥浆性能的要求和水泥浆抗气窜水泥浆体系。对该水泥 本系从宏观到微观，从水泥浆性质到水泥石特性进行了试验。结果表明，GJ－1水泥外加剂调整了水泥石内部的微观结构，提高了水泥石的韧性和抗冲击性；低失水量降低了水泥浆对产层的污染性；该水泥浆体系具有塑性胶乳特性，可使水泥浆具有良好的束缚自由水和固相微粒的能力和提高界面胶结的能力，在低失水量条件下具有形成致蜜坚韧的胶膜的特性，使水泥浆在候期间具有较强的防止地层流体窜入环空的作用，降低了水泥石的弹性系数，改善了水泥石的抗冲击韧性，提高了气层的封固质量，能防止油气水容，保护油气层。