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。     

新型固体增韧防窜剂

为有效地开发低渗透油藏,大多采用先期超前注水来保持地层压力,这样使目的层的原始压力遭到破坏,造成局部地层压力异常,致使邻井水窜严重,因此要求固井后水泥环要具有较高的韧性,以满足压裂增产的需要。开发出了油井水泥用增韧防窜剂。室内评价结果表明,掺入增韧防窜剂的水泥浆具有良好的防窜性能,水泥石线膨胀率为0.035%～0.135%,降低水泥石弹性模量10%～30% 以上,抗冲击功增长率为10%～16%,很好地改善了水泥石韧性。现场应用超过40 井次,固井合格率为100%;采用增韧防窜水泥浆固井,压裂投产后,产出液中的含水率明显降低,产油量明显增大。      

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。     

抗冲击防窜水泥浆体系性能研究

通过比较胶乳水泥浆体系和纤维增韧防窜水泥浆体系的力学性能、工程性能以及作用机理可知:掺入胶乳的水泥浆其固化体水泥石的弹性模量能显著降低,但胶乳水泥石的抗冲击功较低,不能提高水泥石的韧性;纤维增韧材料FR可以降低水泥石的脆性,显著提高水泥石的韧性;与胶乳水泥浆相比,纤维增韧防窜水泥浆的增韧和防窜效果更优异,其水泥石抗冲击功增加54%～62%,抗压强度基本保持不变,弹性模量降低18.0%～19.5%,渗透率降低(趋于零),失水量较低,自由水为零,流变性能较好,稠化时间可调,该水泥浆的工程性能满足固井施工的基本要求。     

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。     

彭水区块页岩气水平井固井技术研究与应用

为了提高页岩气水平井固井质量,满足分段压裂需求,结合彭水区块固井技术特点,对水泥浆体系和固井工艺进行了研究。针对页岩气压裂需求,研究固井技术对策,并开展数值模拟,分析了压裂过程水泥石受力状态,形成降低弹性模量和提高水泥石抗拉强度的改性要求。利用力学分析结论,优选SFP弹塑性水泥浆体系,弹性模量降低50%,抗拉强度提高50%,满足分段压裂水泥石力学性能要求。为提高顶替效率,优选弹性扶正器及安放方案,利用高效溶剂型冲洗液体系和冲洗技术,以提高固井质量。水泥浆体系和工艺技术在彭水区块4口井开展应用,目的层固井质量胶结中等达到96%以上,压裂施工过程未见层间窜现象。     

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。     

星探1井韧性防窜水泥浆技术

星探1井是吉林油田部署在长春双阳区境内的一口深层水平井，完钻井深为5758 m，水平段长为2015 m。针对该井漏失问题以及后期大型压裂对水泥环抗冲击能力要求比较高的难题开展研究，研发了具有“核-壳”结构的增韧防窜剂TA-1，基于此形成了韧性防窜水泥浆体系。TA-1具有弹性内核与柔性支链，能发挥增韧、成膜、与水化产物形成级配的作用。水泥浆性能测试结果表明，浆体稳定性好，稠化时间在150～350 min可调；SPN值达1.15，表现出较好的防窜能力；TA-1能降低水泥石弹性模量达29.5%，抗冲击能力提升16.4%，同时24 h强度大于20 MPa。韧性防窜水泥浆体系在星探1井固井中得到成功应用，解决了固井层内油气窜通和后期压裂水泥石易开裂等难题。     

川深1井超深小间隙尾管防窜固井胶乳水泥浆技术

川深1井是一口超深预探井,五开完钻井深8 420 m,尾管固井面临超高温、超高压、环空间隙小、气窜风险大等苛刻条件。同时,后期开采对水泥环的长期完整性和封隔性要求高。通过研究硅粉加量和粒径与水泥石强度衰退的关系,功能材料对水泥石力学性能的影响,设计出了一套胶乳弹韧性防窜水泥浆体系。该水泥浆体系性能稳定,API失水48 mL,SPN防窜系数0.89,弹性模量4.8 GPa,渗透率0.40×10~(-3)μm~2,高温沉降稳定性0.01 g/cm~3,24 h抗压强度16.3 MPa。结合其他工艺措施,该水泥浆体系成功应用于川深1井超深小间隙尾管固井,固井质量优良。     

胶乳纳米液硅高温防气窜水泥浆体系

针对顺南区块超深高温高压气井固井面临井底温度高、气层活跃难压稳的问题,研究了胶乳纳米液硅高温防气窜水泥体系。通过将纳米液硅防气窜剂与胶乳防气窜剂复配使用,协同增强水泥浆防气窜性能;不同粒径硅粉复配与加量优化,增强水泥石高温稳定性;无机纤维桥联阻裂堵漏,抑制裂缝延展,提高水泥浆防漏性能和水泥石抗冲击性能。该水泥浆体系具有流动性好、API失水量小于50 mL、直角稠化、SPN值小于1,水泥石具有高温强度稳定性好、胶结强度高、抗冲击能力强的特点。密度为1.92 g/cm3的水泥浆体系在190℃、21 MPa养护30 h后超声波强度逐渐平稳,一界面胶结强度达12.6 MPa;水泥石弹性模量较常规低失水水泥石降低52%,抗冲击强度增加了188%,且受霍普金森杆冲击后仅纵向出现几条未贯穿的裂纹。该高温防气窜水泥浆体系在顺南5-2井和顺南6井成功应用,较好地解决了顺南区块超深气井固井难题。      

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。     

委内瑞拉ANACO区块气井固井难点及对策

委内瑞拉ANACO区块地层破裂压力梯度低,有高压水层和低压气层,环空容易发生气窜,并含有H₂S和CO₂,呈泥质砂岩。基于以上认识,ANACO区块固井的复杂性主要源于水泥基材料固有的缺陷和地层条件的多变性,正确认识地质条件对固井的影响和选择合适的固井材料、工艺措施是解决固井难题的基本出发点。针对该地区地质因素,从分级注水泥、双密度或多密度水泥浆体系工艺上、水泥浆及外加剂选择等方面进行了研究;同时结合现场固井状况进行了对策方案归纳,并对腐蚀深度和防气窜性能进行实验探索。结果表明,研发的防窜防腐蚀水泥浆最低密度为1.2 g/cm3,且上下密度差低于0.03 g/cm3,游离液接近0,抗压强度高,渗透率低;通过引入防腐蚀材料BCE-750S后,硅酸盐水泥石在7、30和60 d的腐蚀深度大大降低,能够解决当地环空气窜、含有H₂S和CO₂酸性气体等问题。      

青海油田英西深层水平井固井技术

青海油田英西狮子沟区块深层油气藏是近年来柴达木盆地油气勘探的重大突破,该区块资源潜力巨大,同时复杂的钻井、地质条件给固井质量和后续开采带来了巨大的挑战。针对该区块水平井多级压裂的开发特点,为了建立有效的层间封隔,保持水泥环长期密封完整性,通过分析固井难点,完善了固井工艺,优选水泥浆和前置液体系,形成了一套适用于狮子沟水平井开发的固井技术。使用自愈合剂有效封堵水泥石出现的微裂缝,抑制油气窜流,使其同时具有弹性水泥特征,保证水泥环长期密封完整性。形成的基体抗侵防窜水泥浆体系具有一定触变性和较强的内部黏滞力,具有良好的"静止堵漏"效果,同时可降低窜流发生的风险。2018年以来,该固井技术在英西狮子沟区块应用20余井次,平均井深5000 m,平均水平段长1000 m,现场应用效果良好,满足后续体积压裂改造的技术需求,为英西深层开发提供关键配套技术,具有广阔的市场应用前景。      

碳酸钙晶须对油井水泥增强抗收缩机理及应用

为了解决因水泥石韧性不足与体积收缩而引发的水泥环完整性破坏的问题,考察了碳酸钙晶须对油井水泥的力学性能、体积收缩与综合性能的影响。在油井水泥中分别掺入0、1%、2%、3%、4%碳酸钙晶须,测试1、3、7、14、28 d时的抗折强度、抗压强度、体积收缩率与水泥浆的综合性能。结果显示,养护28 d后,掺入3%碳酸钙晶须的水泥石比未掺入碳酸钙晶须的水泥石,抗压强度增加36%,抗折强度增加33.67%,体积线收缩率减小82.97%,碳酸钙晶须的加入会减少水泥浆的稠化时间,增加流动阻力,但综合性能依然满足固井作业的要求。     

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。     

顺南井区高温高压防气窜尾管固井技术

顺南井区井温超高,地层压力系统复杂,气层异常活跃,防气窜固井难度大,导致固井质量不合格。为解决气体窜通和水泥石高温强度衰退的难题,开展高温高压防气窜固井优化研究。通过优化外加剂,得到了新型胶乳液硅防气窜水泥浆体系。研究结果表明,用粒径为0.18、0.125或0.09 mm的硅砂复配,能够克服178℃下水泥石高温强度衰退的难题;胶乳水泥浆体系加入液硅后,防气窜能力增大;加入纤维可以使水泥石弹性模量降低48%,抗冲击性好;水泥浆呈直角稠化,具有较好的防气窜能力。优化前置液结构,使用加重隔离液技术实现低速紊流顶替。为防止水泥浆失重导致气层不稳,替浆后反循环洗井并尽快进行环空憋压,实现以快治窜。同时,配套抗高温气密封固井工具与附件,以保证防气窜固井质量。顺南井区φ177.8 mm尾管防气窜固井质量得到良好改善,为该工区高温高压防气窜固井提供重要的技术支撑。      

大牛地气田低压低渗储层固井工艺技术研究与应用

大牛地气田具有低压、低渗、个别井段易漏和固井后易气窜的明显特点。在2004年以前固井质量问题尤为突出。通过分析研究,发现水泥浆体系性能差和工艺技术的欠缺影响固井质量。因此,通过水泥浆体系室内试验与评价,优选出适合本工区的水泥浆体系。同时采用防气窜平衡固井工艺技术,综合评价水泥浆和工艺技术的防气窜性能。固井质量取得了比较理想的效果。     

小间隙高压气井固井技术

毛坝1井是1口高压气井,要求全井封固,固井施工和候凝过程容易出现水泥浆稠化憋泵、水泥浆污染盐岩层、井漏、气窜或井涌等风险。经过对该井的认真研究,采用了尾管固井再回接的方法,优选了套管工具附件、水泥浆体系等配套技术,使该井固井成功,创造了该地区复杂井固井先例。文中详细介绍了毛坝1井的固井设计和施工技术,为今后小间隙高压气井固井提供了经验。     

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...     

ANACO浅层气固井气窜分析与固井工艺技术

ANACO气田位于委内瑞拉东北部,天然气储量丰富,约占委内瑞拉天然气总产量60%。但该气田具有储层结构复杂,气、水层自上而下分布广,地表以下分布着多套不同压力体系的气层,具有地层破裂压力低,孔隙压力高,安全压力窗口窄等特征;部分区块有高压气、水圈闭层,形成异常高压气窝和水带,能量大,压力高。钻井通常为五开井身结构,以封固不同压力体系地层。上部一开～三开浅层高压气固井,受地层承压能力限制,缺乏有效的井口环空压力补偿和控制手段,难以发挥多凝压稳水泥浆体系优势;上部井眼尺寸大,顶替效率低,易发生环空混窜,使水泥浆受到污染,加上水泥浆防气窜性能差及胶凝失重等因素的作用,导致固井封隔质量差,使环空气窜、井口冒气现象时有发生,严重影响气田开发。通过对水泥浆稳定性、静胶凝强度和SPN性能系数等防气窜能力的实验研究,控制水泥浆静胶凝强度发展的风险区间小于25 min、SPN小于3,并采取在大尺寸套管固井以0.55 m3/min的低排量进行塞流注替作业,以及套管外环空插管回注高密度防气窜水泥浆,置换混窜污染水泥浆并实现双凝压稳作用等工艺技术措施,取得了良好的防漏、压稳、防窜效果,成功解决了ANACO气田浅层气固井封固质量问题。