胶乳水泥浆防窜性能研究与应用

1958年美国率先将胶乳作为外掺料加入水泥,形成胶乳水泥,并将其用于油田固井。近几年,国内各油田、科研院所、高等院校对胶乳水泥浆的研究取得了较大的进展。新疆油田已多次采用进口胶乳配制胶乳水泥,解决南缘及玛纳斯气田固井的防气窜问题。本文介绍了国产胶乳水泥浆的调配及配套外加剂的研制情况,分析评价了胶乳水泥浆的防气窜性能,以及胶乳水泥在新疆玛纳斯气田2口天然气井固井的现场试验情况。     

多底井注水泥用液体乳胶水泥浆

研究出的低失水高分散性防气窜乳胶水泥浆是一种以乳胶聚合物分散剂为主要成分的水泥浆，通常像合成橡胶。乳胶水泥浆与非乳胶水泥相比具有以下特性：①较高的抗折、抗拉强度；②较高的防裂性；③较小的渗透率和收缩率；④较好的粘结、抗压强度；⑤较好的防气侵能力；⑥不用分散剂就有较好的流变性；⑦较好的滤失性能；⑧较短的凝结时间；⑨较低的水灰比。室内试验结果表明，乳胶水泥浆确定具有以上这些特点。在多底井中用乳胶水泥通过侧孔进行尾管水注泥，能防止水泥石在连接点破裂和裂纹向整个水泥柱扩展，以免损害水泥胶结的完整性；乳胶水泥具有较好的抗脆型性及较小的收缩性，能对尾管提供长期支撑，是多底井固井理想的水泥浆体系。     

大掺量胶乳水泥固井技术在港深15-18井的应用

港深15-18井是大港油田马东区块的重点开发井,完钻井深为4 405 m。该井φ139.7 mm生产套管固井存在目的层高温、高压油气活跃、易发生油气水窜、封固段长、易漏失等难点,对固井水泥浆的防气窜及综合性能要求较高,固井质量难以保证。针对油气水窜的固井难点,在大港油田首次应用大掺量耐高温胶乳水泥固井技术,胶乳掺量达到了水泥量的8%。大掺量胶乳水泥浆体系的实验和应用结果表明:该体系流变性好、失水量小、防气窜性能优越、顶部强度发展快,综合性能良好;其结合加重隔离液体系和配套固井工艺技术措施,解决了港深15-18井φ139.7 mm生产套管油气水窜等固井质量问题。     

胶乳水泥浆在复杂井固井中的应用效果分析

X1050与X1002井在完井过程中均发生了气侵和井漏等井下复杂情况,分别采用胶乳水泥浆和常规水泥浆体系进行固井施工,结果X1050井固井质量为优质,X1002井固井质量为合格.对2口井的固井现场措施及质量进行了对比,分析结果表明,胶乳水泥浆有较好的防窜性能.对于类似复杂井固井,选择合理的水泥浆体系能保证固井质量.     

胶乳水泥浆的防气窜性能评价及应用

介绍了一种新型水泥浆防气窜评价方法,并采用该方法分别对胶乳水泥浆与未加胶乳水泥浆进行了防气窜性能评价,对水泥浆进行了失水量、静胶凝强度及气窜评价实验,结果表明,胶乳水泥浆具有良好的防气窜性能.将胶乳水泥浆在四川龙岗62井进行了现场应用,固井效果良好,未发生气窜,与室内气窜性能评价实验结果一致.     

油井水泥用胶乳的研究进展

胶乳实际上是一种乳化的聚合物体系,是直径为50 nm~200 nm的聚合物球形颗粒分散在黏稠的胶体体系中,再加入一定的表面活性剂以防止聚合物颗粒聚结而形成的。胶乳水泥因具有良好的抗折强度、渗透率低、失水小、抗腐蚀能力强等优点被广泛应用于油井固井中。一般合成胶乳采用两种方式进行,即在原浆上进行改性和直接从苯乙烯和丁二烯合成胶乳。胶乳水泥因其独特的优越性能被应用于深井固井、高压井固井、小尾管固井、调整井固井以及气井固井中。     

新型自愈合水泥研制

为解决固井结束后出现微环隙或者微裂缝造成环空窜流的问题,研究出一种新型自愈合水泥。该水泥浆以阴离子型聚异戊二烯胶乳（IR）作自愈合组分,胶乳粒度较大,粒径主要分布在1.44 μm 左右,但分布范围较窄。通过室内实验,优选出了可在常温IR 胶乳水泥浆中使用的稳定剂AES、FW-1,可在高温IR 胶乳水泥浆中使用的稳定剂FW-2,该水泥浆的常规浆体性能满足固井要求。初期性能评价结果表明,室温下IR 胶片2 h 内的吸煤油量达11.2 g/g,吸液化石油气的量为3.5 g/g,可以满足膨胀密封微裂缝作用;而且溶胀后的胶乳是黏稠而稍具流动性的体系,在压力作用下会有一定程度的运移,大量溶胀胶乳在微裂缝或微环隙某部位积聚而使其闭合,切断油气窜流通道,表明IR 胶乳水泥具有实现自愈合的可行性。      

固井水泥防气窜剂应用效果比较

本文介绍了三类固井水泥防气窜剂的作用机理和一些常用产品的现场应用效果。分析比较表明气发剂的防气窜能力最好。     

新型抗高温聚合物/胶乳防气窜水泥浆体系在南海流花深水区块的应用

针对南海流花深水区块的油气层具有井底温度高、渗透性好等特点,研制出了一种新型的适用于深水油气层固井的抗高温聚合物/胶乳防气窜水泥浆体系。通过室内实验,给出了适用于不同温度下的水泥浆体系配方,并对其常规物性、流变性和防气窜性能进行了评价。现场应用结果表明,该水泥浆具有抗高温、低滤失量、防气窜等特点,应用的3口深水井油气层段固井质量全优。     

胶乳水泥的原子力显微结构研究

利用原子力显微镜对胶乳水泥石和常规水泥石的微观结构进行观察和研究,结果发现:常规水泥浆水化产物颗粒状聚集相尺寸较小,分布较分散,排列疏松;而胶乳水泥样品中颗粒状聚集相尺寸较大,分布较紧密,这是因为胶乳的加入促进了钙矾石的形成和发展.天津胶乳水泥以针状或纤维状物质为主.纹路清晰,定向排列整齐;雪弗龙胶乳水泥也以针状或纤维状物质为主,有少许絮状物质;江苏胶乳水泥絮状物质较多,针状物质较少;常规水泥几乎没有针状物质,有较多粒径小于1μm的块状和絮状物质,且分布不均匀.3种胶乳水泥中,在针状物钙矾石周围附着着海绵状胶乳模结构,此结构能够桥堵微裂缝,并抑制微裂缝的扩散,对于降低失水、控制气窜、提高水泥石塑性和界面胶结强度有较大影响.     

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...     

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。      

胶乳水泥浆在普光气田的应用

介绍了丁苯胶乳及其胶乳防气窜水泥浆体系的流变性和直角稠化性,胶乳水泥石的强度特性、渗透率及胶乳的物理性能.将胶乳水泥浆应用在普光气田11井次中,合格率为100%,其中7口井固井质量优良.根据现场施工情况,深入分析了胶乳水泥浆体系现场应用过程中容易出现的问题,为胶乳水泥浆体系的应用提供了参考依据.     

KSK油田胶乳防窜水泥浆体系的研究与应用

针对KSK油田固井中的油气水窜问题,开展了LX600胶乳防窜水泥浆体系研究工作,并进行了室内实验评价,认为水泥浆体系具有抗高温、低失水、沉降稳定性好、过渡时间短、直角稠化和防气窜等综合性能。LX600胶乳水泥浆体系在KSK油田应用了55口井,应用效果进一步表明,该水泥浆体系能够有效提高双界面胶结质量,解决固井中的油气水窜问题。     

水泥低温降失水早强剂DWA—Ⅱ的研制与应用

吉林油田1000m以下的调整井地层稳定性差、井温低、油层渗透率低,在开发过程中的大量注水使地下流体分布难掌握,油、气、水窜问题难以控制,甚至造成固井失政。研制了水泥低温降失水早强剂DWA-Ⅱ。该剂能改善大连A级水泥浆的流动性、降低水泥浆失水量、提高水泥石的早期强度、实现水泥浆稠化曲线呈"直角"。经43口井现场应用表明,DWAⅡ能使水泥浆具有流动性好、低失水、早强、"直角"稠化等特性,使水泥浆和地层及套管间的界面胶结良好,实现有效封窜,明显地提高了固井质量。     

SN井区抗高温液硅-胶乳防气窜水泥浆

SN井区井底静止温度高,气层非常活跃,压稳与防漏难度大,单纯胶乳防气窜水泥浆体系应用效果不理想。液硅乳液作为纳米级防气窜剂,活性SiO₂颗粒可参与水泥水化反应,具有增强水泥石强度、降低水泥石弹性模量和渗透率作用。在优化硅粉加量和粗细硅粉复配的基础上,研制出抗高温液硅-胶乳防气窜水泥浆,其具有API失水量小于50 mL、直角稠化、SPN值小于1、防气窜效果好、沉降稳定性好等特点;SEM和XRD分析显示,水泥石致密性好,水化产物中无Ca（OH）₂,而具有较多的雪钙硅石和硬钙硅石,高温下水泥石表现出良好的强度稳定性。液硅-胶乳防气窜水泥浆在SN井区进行了入井应用,实现了对高压气层的有效封固,取得了良好的效果。      

漂珠低密度防气窜水泥应用研究

重点讨论了防气窜剂(KQ)在漂珠低密度水泥中的加量,认为应以漂珠低密度水泥最终体积收缩率的10～20%来设计.室内试验及现场应用表明,漂珠低密度防气窜水泥与常用油井水泥外加剂相容性良好,水泥(浆)性能足以满足固井施工要求.     

抗温防窜胶乳水泥浆体系的研制

陆东五彩湾地区油气井固井过程中气侵、气窜严重，而现有的防窜水泥浆体系防窜作用单一，很难满足固井要求。为解决这种问题，提出用胶乳水泥浆体系来防窜。通过实验，从应用广泛的固井胶乳中优选出性能优良的胶乳，为进一步加强其防窜和降失水性能，使其与高性能降失水剂复合，添加适量外加剂，形成新型防气窜胶乳水泥浆体系；进而研究了不同温度条件下胶乳水泥浆体系对稠化时间、流变性、降失水、抗压强度的影响。结果表明：该胶乳水泥浆体系具有较强的抗温防窜性能，能完全满足该地区的固井要求。     

SN—30—1井低密度水泥防气窜固井技术

吉林松南地区在固井中采用微硅低密度水泥浆固井,密度值降低至1.32g/cm~3取得成功,克服了该地区地质复杂、地层破裂压力梯度低、压力异常等情况,保护了油气层。