稠油热采井抗350℃高温硅酸盐基水泥浆

针对蒸汽驱稠油热采井井筒温度高达350℃,常规加砂水泥在高温下结构疏松,抗压强度低,铝酸盐及磷铝酸盐水泥成本高及与硅酸盐水泥污染严重等问题。通过探索高温增强作用机理,开发出高温特种增强材料,结合配套硅酸盐外加剂,研发出综合性能良好的抗350℃高温硅酸盐基水泥浆,并进行了水泥浆综合性能测试、XRD晶相组分分析、SEM晶相形貌分析,结果表明,抗350℃高温硅酸盐基水泥浆的沉降稳定性小于0.02 g/cm3,游离液量为0,API失水量小于50 mL,流动度大于20 cm,70℃水泥石24 h抗压强度大于14 MPa,且3轮次下350℃高温水泥石强度大于40 MPa,长期强度发展稳定,满足稠油热采井的工程应用需求,突破了超高温下硅酸盐水泥强度低、铝酸盐及磷铝酸盐水泥必用的困境,促进了超高温水泥浆技术进步。     

稠油热采井固井用铝酸盐水泥浆体系的研究及应用

稠油热采井对固井水泥浆的要求是在低温下能快速凝结,在高温生产中具有长期耐高温性能。铝酸盐水泥具有快硬、高强、耐高温等特点,因此考虑将铝酸盐水泥在热采井固井中应用。通过进行以铝酸盐水泥为主要材料的矿物熟料优选复配,配制出了与铝酸盐水泥相配套的降失水剂 J73S 和缓凝剂 SR,设计出了一套适用密度范围为
1.70～1.90 g/cm3, 温度区间为30～80 ℃的新型铝酸盐水泥浆体系。实验结果表明: 该水泥浆体系具有优良的工程性能,水泥浆密度差小于0.02 g/cm3,失水量小于 50 mL,稠化时间在60～300 min 范围内可调,24 h抗压强度可达14 MPa,且经过2轮高温之后水泥石抗压强度仍能达到25 MPa。 在齐40-18-38C2稠油热采井的侧钻尾管固井中进行了现场应用,施工过程顺利,固井质量优质率为 79%,合格率达95%,说明该体系可满足稠油热采井固井施工的要求。      

一种大温差弹韧性水泥浆

长封固段大温差气井固井面临水泥浆顶部易超缓凝,水泥环易发生密封失效致环空带压等问题。通过研选抗高温大温差缓凝剂和降失水剂,可满足170℃以低100℃温差水泥石强度发展要求;优选抗高温弹韧性材料,降低水泥石脆性,增强水泥石弹韧性。研制出大温差弹韧性水泥浆体系,密度在1.50~2.20 g/cm3范围内可调,水泥浆流变性好,API失水量小于50 mL;50℃温差下密度为1.50 g/cm3低密度水泥石72 h抗压强度可至11.5 MPa,60℃温差下密度为2.20 g/cm3水泥石72 h抗压强度可至15.3 MPa,70℃温差下密度为1.88 g/cm3水泥石抗压强度达17.7 MPa,且水泥石弹性模量均小于7 GPa,抗折强度大于3.5 MPa;水泥环密封完整性评价显示,水泥环可满足90 MPa压力30轮次加卸载密封要求。该大温差弹韧性水泥浆体系在西北油田分公司顺北4井φ193.7 mm+φ206.4 mm尾管回接固井中成功应用,一次封固段长5693 m,上下温差约105℃,固井质量优质,为其他超长封固段气井固井提供成功范例。      

抗循环温度210℃超高温固井水泥浆

随着勘探开发不断向深层迈进,超深井、超高温井逐渐增多,超高温对水泥浆抗温能力提出了更高挑战。为了解决现有水泥浆体系抗高温能力差的问题,研制了抗高温降失水剂DRF-1S、抗高温缓凝剂DRH-2L及其他配套抗高温水泥外加剂,并形成了超高温常规密度固井水泥浆,在室内对该水泥浆的性能进行了评价结果表明,该水泥浆能够满足井底循环温度210℃、井底静止温度230℃的固井要求,水泥浆API失水量可以控制在100 mL以内,稠化时间可调,高温沉降稳定性不大于0.04 g/cm3,230～250℃超高温下水泥石强度高且不衰退。该水泥浆在华北油田杨税务地区高温深井安探4X井φ127 mm尾管固井进行应用,固井质量优质,为该地区勘探开发提供了固井技术支撑。      

抗高温蒸汽吞吐固井水泥浆体系研究

热采井、稠油井固井水泥浆一般使用加砂水泥浆,且一般是在110-250℃下研究其水泥石抗压强度。室内研究结果表明,110和250℃为原浆水泥石强度衰退的2个临界温度点,温度越高,强度衰退幅度越大,且衰退速度越快,超过300C后,养护3d的水泥石强度低至3MPa。通过在280-320℃下研究抗压强度的变化情况,对水泥浆外加剂和外加材料特别是硅砂粒径和掺量进行了优选,开发出了满足稠油井固井施Z-综合性能的水泥浆,该水泥浆选用取D80为0．090mm的硅砂,其适宜加量为47%,选用（6％～8％）微硅和（O．7％～O．8％）珍珠岩作悬浮稳定剂,选用了降失水剂LT-2、分散剂SXY和早强剂CK21,其在350℃、21MPa下养护72h的水泥石强度不低于14MPa,且无渗透现象。表明该水泥浆在320℃高温蒸汽冲击力下能保持高强度,对开发蒸汽吞吐稠油井具有极其重要的意义。     

松科2井超高温水泥浆固井技术

针对中国大陆科学钻探松科2井超高温固井难点,采用四元共聚型抗高温降失水剂和三元共聚复合膦酸盐类缓凝剂,提高了水泥浆的耐温稳定性,避免了"热稀释"现象带来的风险,通过调整这2种耐高温外加剂的加量,满足了超高温下控制水泥浆失水量和调整稠化时间的要求。同时,根据颗粒级配及紧密堆积原理,对硅砂的粒径和加量进行优化,使硅钙比接近于1,防止超高温下水泥石后期强度的衰退,另外,优选了由颗粒和纤维共同组成的弹韧性材料,提高水泥石的弹韧性。通过合理配比设计出了抗260℃超高温的水泥浆体系,浆体稳定性好,水泥浆上、下密度差不大于0.03g/cm3,稠化时间为200~420 min,失水量小于100 mL,48 h抗压强度大于20 MPa,后期强度不衰退,7 d抗压强度大于38 MPa。优化尾管悬挂固井工艺,严格控制水泥浆密度,确保不压漏地层,采用耐高温高效冲洗隔离液,提高顶替效率,保证施工安全和固井质量。该体系在井底静止温度为260℃,循环温度为210℃的松科2井四开尾管固井中应用,现场施工顺利,保证了固井质量。      

抗高温低伤害热采井水泥浆配方研究

针对目前稠油热采井套损严重,下返或调层回采及下小套管二次固井修套复合措施工作量逐年增加,一体化作业固井水泥浆无法返至地面,化学堵漏剂封堵固井费用高的问题,研制出一种抗300℃低伤害热采井抗高温水泥浆配方,该配方具有以下特点:(1)抗窜强度大于28 MPa(300℃,72 h,21 MPa养护);(2)具备一定的驻留性能和封堵大孔道地层的能力,保证实现封堵和二次固井一体化连续作业;(3)具有良好的胶结性能和抗300℃高温的能力,确保封堵和封固的可靠性和耐久性。     

河南油田新庄、杨楼区块稠油热采井固井水泥浆

针对河南油田新庄、杨楼稠油热采井固井施工中存在的问题，通过对固井水泥石强度耐高温机理的分析、高强低密度水泥浆体系的研究及耐高温低密度水泥浆性能试验，筛选出了较为适宜的热采井固井水泥添加剂及其适用配比，设计出了耐高温高强低密度水泥浆配方。该配方具有低温早强、失水量低、水泥浆体稳定、水泥石致密、微触变等特点，较好地解决了水泥石高温下强度衰退和固井过程中水泥浆漏失的问题。     

抗高温低密度水泥浆体系的研究

室内确定了一种适用于热采井(井深约2000m,蒸汽驱时温度为350℃)的抗高温低密度水泥浆体系。该水泥浆体系密度在1.40-1.60g/cm3之间可调;失水量低;低温(40℃)养护后,早期强度大于15MPa,远高于一般的低密度水泥浆体系;高温(350℃)养护后,水泥石强度仍大于10MPa,体现了其优异的抗高温强度衰退性能。同时对该体系的降失水、调凝,增加早期强度和抗高温的作用机理作了初步的探讨。     

耐交变超高温固井水泥浆

在稠油热采井中,交变超高温将对固井水泥石的力学性能造成巨大影响。为研制抗高温能力强的水泥浆体系,基于XRD、TG、氮吸附及SEM方法,研究了交变超高温下偏高岭土和石墨对水泥石抗压强度、水化产物化学结构及微观结构的影响。研究结果表明,交变超高温可使常规加砂水泥石C—S—H的形态由“链状”或“网状”转变为“颗粒状”,破坏水泥石的结构完整性,从而降低其抗压强度;掺入偏高岭土和石墨后,可提高常规加砂水泥石耐交变超高温能力,且对水泥石物相组成影响不大;偏高岭土有颗粒填充作用和火山灰效应,且石墨与水泥基体界面胶结良好,使其二维方向上起到拔出作用,提高了水泥石结构完整性及力学性能。该研究结果可为稠油热采井固井水泥浆体系的性能评价及配方优化提供参考。      

稠油热采固井技术实现新突破——新型抗高温水泥体系辽河油田应用成功

（通讯员黄盛）在稠油热采井开发过程中,注入地层的蒸汽温度可达300℃-350℃,传统G级水泥在高温条件下的强度衰退一直是困扰稠油热采井生产的一大难题。此外。即便采用G级加砂体系,加砂水泥石在几个热采周期后强度仍然会出现衰退,水泥石变得极为疏松,导致水泥环产生破坏,层间封隔失效,引起套管损坏。     

青海共和盆地干热岩GR1井超高温固井水泥浆技术

固井是保证干热岩全生命周期井筒质量的关键环节。通过研究共和盆地干热岩地质特征和赋存条件,提出了干热岩固井的主要技术难点。针对干热岩高温固井问题,研制出了高温缓凝剂BCR-320L,优选抗高温降滤失剂BXF-200L（AF）,探索了不同硅粉加量下水泥石强度的衰退机理,形成了干热岩超高温水泥浆体系。实验结果表明,该水泥浆可以满足循环温度为200℃的固井要求,水泥浆稠化时间可调,具有良好的流变性能,在200℃下强度不衰退,72 h抗压强度可达44.1MPa。该水泥浆在青海共和干热岩GR1井中成功应用,现场固井施工顺利,裸眼段固井质量优质,为后续干热岩固井的施工提供了一定的借鉴。     

二连盆地低阶煤层超低密度水泥浆固井技术

为解决二连盆地低阶煤层常规低密度水泥浆固井漏失严重、返高低等难题,针对该煤矿区微裂缝较发育、岩层强度低导致承压能力低的特点,研发出一套超低密度水泥浆体系,配套使用的稳定增强材料解决了配制超低密水泥浆时易出现的微珠上浮、水泥下沉的分层离析现象,同时分析了水泥浆体系失水对煤储层的影响。该超低密度水泥浆的现场应用密度最低达1.06 g/cm3,流动度控制在19～20 cm,析水为0 mL,30℃稠化时间控制在1.5～4.5 h,API失水量小于50mL,24 h抗压强度大于3.5 MPa,72 h抗压强度大于6.0 MPa,综合性能优良。该超低密度水泥浆体系已在华北油田的二连盆地应用5井次,均实现了单级固井返至井口的要求,固井质量合格率为100%。      

青海共和盆地干热岩GR1井超高温固井水泥浆技术

固井是保证干热岩全生命周期井筒质量的关键环节。通过研究共和盆地干热岩地质特征和赋存条件,提出了干热岩固井的主要技术难点。针对干热岩高温固井问题,研制出了高温缓凝剂BCR-320L,优选抗高温降滤失剂BXF-200L（AF）,探索了不同硅粉加量下水泥石强度的衰退机理,形成了干热岩超高温水泥浆体系。实验结果表明,该水泥浆可以满足循环温度为200℃的固井要求,水泥浆稠化时间可调,具有良好的流变性能,在200℃下强度不衰退,72 h抗压强度可达44.1MPa。该水泥浆在青海共和干热岩GR1井中成功应用,现场固井施工顺利,裸眼段固井质量优质,为后续干热岩固井的施工提供了一定的借鉴。      

热采井固井水泥添加剂研究

为了满足稠油热采工艺对油井固井水泥石强度的要求，通过对固井水泥石强度耐高温机理的分析，以及硅粉水泥浆耐高温试验，硅粉水泥浆与添加剂性能试验，耐高温低密度水泥浆性能试验，筛选出较为适宜的热采井固井水泥添加剂及其适用配比，较好地改善了固井水泥石的耐高温强度。     

固井用新型高温缓凝剂的研究与应用

针对深井、超深井长封固段大温差水泥浆柱顶部强度发展缓慢的问题,通过自由基水溶液聚合方法,研制了新型聚合物类高温缓凝剂GWH-1,并对其性能进行了评价。结果表明:GWH-1耐温可达200℃,抗盐可达饱和;通过调整GWH-1加量,能调节水泥浆的稠化时间;经130℃养护后低密度水泥浆(1.30 g/cm3)的稠化时间为386min,在30℃下养护72 h后的抗压强度大于3.5 MPa;高温水泥浆无游离液且水泥石上下密度差小于0.02 g/cm3;水泥浆综合性能良好,解决了长封固段大温差固井水泥浆顶部超缓凝难题。GWH-1在塔里木油田RP7008井等进行了应用,封固段固井质量优良。对深井长封固段提高固井质量、简化井身结构及节约钻井成本等具有重要意义。     

风城浅层超稠油水平井热采技术水泥浆室内研究

本文介绍限国内外水平井固井水泥浆发展状况以及风城超稠油热采水平井的地质概况，并根据固井技术的要求，进行了水泥浆室内研究，即分散性，零析水、紊流水泥浆研究；超稠油热采水平井固井水泥浆颗粒沉淀对比试验，水泥石抗高温强度衰减及水泥浆对套管粘结强度试验。     

低密度高炉矿渣水泥浆体系的研究应用

长庆油田以高炉矿渣代替水化材料,再加激活剂和少量水泥、膨润土和漂珠,配制成1.48~1.63g/cm3的低密度矿渣水泥浆,经室内试验,流动度大于20cm,45℃、25MPa条件下的稠化时间大于180min,45℃、24h的抗压强度达到5.4~10.8MPa,与高密度的纯水泥浆配伍性好,能满足现场施工要求。经4口井试验,油层以上用低密度矿渣水泥浆封固,油层仍用纯水泥封固,施工顺利,固井质量优良,成本比用低密度粉煤灰水泥浆固井还要低。文中还探讨了高炉矿渣和激活剂的物理性质、化学性质和水化机理。     

渤海海域低密度早强水泥浆的室内研究

渤海海域是华北含油气盆地的重要组成部分,在渤海海域固井过程中,尤其是导管、表层套管固井时,由于温度低,破裂压力低,水泥浆稠化时间长,容易增加环空窜流及漏失的风险,使钻井成本升高。因此,基于颗粒级配原理,依据分形理论,研制出了新的减轻增强材料S1,配以适当的油井水泥外加剂,优选出了密度为1.4 g/cm3的水泥浆。室内研究表明,该水泥浆早期强度发展快,30℃下,24 h抗压强度大于10 MPa,静胶凝过渡时间小于60 min,API失水量小于60 mL,游离液含量为0。该水泥浆稳定,混配容易,可以满足渤海海域固井的需要。     

低密度高强度水泥浆在哈萨克斯坦油田热采井的应用

哈萨克斯坦Karazhanbas油田发育多套储层,但分布不均,是一个受构造控制的断块型的边、底水稠油油藏,埋深为300～500 m,地质构造非常复杂.针对该油田稠油热采的固井技术难题,根据紧密堆积理论、超细活性矿物材料物理化学性能和加工技术,研制出了由混合减轻增强材料BCE-620S以及配套的低温促凝早强剂等外加剂组成的低密度高强度水泥浆.该水泥浆在低温下具有良好的沉降稳定性、稠化时间短且可调、水泥石致密且不收缩、抗压强度发展快且强度高、游离液为零、API失水量低及防漏能力好以及良好的水泥石抗高温强度衰退性能.配合隔离液技术及相应的固井工艺技术,该水泥浆在该油田已成功固井10余口,经测井显示固井质量优良.