储气库井弹性自愈合水泥浆体系及其性能评价

由于储气库存在季节性调峰需求,其工作时井筒水泥石会受到交变载荷作用,导致密封完整性易被破坏。针对这一问题,优选了自愈合评价方法,研究选择了一种结晶型自愈合剂（JHR-1）,分析了其自修复原理并以其为主体,在优选复配纤维JX46-12、丁苯胶乳PLT-100及其他外加剂的基础上,形成了密度1.89 g/cm3的弹性自愈合水泥浆体系,并对其性能进行了评价。结果表明,在养护14 d后其裂缝最大愈合宽度超过150 μm,28 d后超过250 μm;7 d压折比与抗冲击韧性分别为4.52、3.87 J/cm2,韧性较好,7 d胶结强度达到6.76 MPa;弹性模量仅5 018 MPa,弹性极限应力与应变分别为39 MPa、0.67%,弹性表现好;循环应力加载第5周弹性恢复率达50%以上,弹性恢复性能好,水泥石疲劳强度高。在储气库井口压力为13~39 MPa条件下可保持水泥石完整性,在载荷超过了水泥石弹性极限应力产生了微裂缝情况下也能快速修复裂缝。     

弹性膨胀水泥浆在储气库固井中的应用

储气库在注、采气过程中压力、温度变化对水泥环产生收缩变形影响,导致水泥石受到交变应力作用而产生破坏,形成微裂缝.开展了弹性膨胀水泥浆的研究,采用水泥与多组分活性矿物掺料(弹性材料、石英砂、粗硅粉、细硅粉)级配,得到了堆积体积分数大于0.8的干混合物,提高了水泥石的致密度、抗渗性、抗腐蚀性和抗射孔冲击能力,降低了渗透率;加入5％的膨胀剂,使水泥石具有膨胀性(膨胀量达0.677％),同时增大了水泥环与界面的胶结强度和壁面抗水压渗透能力;由于弹性颗粒的加入,水泥石的杨氏模量低于地层的杨氏模量,有利于改善水泥环与套管的界面胶结状况,保证水泥环的完整性.该体系在交变应力作用下密闭良好,解决了储气库不断注气采气对水泥环的破坏难题,在HUK23井的应用取得了固井质量优质的效果,2012年在呼图壁储气库推广应用20余井次,声幅合格率为100％,优质率为73.3％.     

低温胶乳盐水水泥浆体系研究与应用

针对浅层盐穴储气库井固井中存在的强度发展缓慢、水泥石韧性差等问题,开发了适用于浅层盐穴储气库井固井的低温胶乳盐水水泥浆体系.室内实验研究表明,该体系具有稳定性好、失水量低、水泥浆稠化时间可调、水泥石力学性能优良等特点,并且胶乳增强了水泥石的弹性形变能力,使水泥石韧性增强,有助于提高水泥石抗冲击破坏的能力.胶乳盐水水泥浆体系综合性能良好,能改善第一、二界面胶结,提高浅层盐穴储气库井固井质量.并成功应用于安宁盐穴储气库安资2井.     

呼图壁储气库老井封堵体系及封堵工艺研究与应用

为获得适合呼图壁储气库老井可靠封堵的水泥浆体系和封堵工艺, 将研制的复合超细水泥浆体系和 G级微膨胀纤维水泥浆体系分别用于封堵老井产层和井筒, 评价了两种封堵体系的性能, 提出了分段挤堵、 逐次试压的老井封堵工艺。实验结果表明, 复合超细水泥浆体系的稳定性和注入性较好, 抗压强度达 16.6 MPa, 满足矿场封堵产层的要求; G级微膨胀纤维水泥浆体系流体阻隔性能和力学形变能力良好, 水泥石的渗透率较低、 饱和煤油突破压力较高、 壁面胶结强度高, 水泥石抗折强度高达 12.0 MPa, 满足矿场井筒封堵强度的要求。现场 2口典型井的成功封堵表明封堵水泥浆体系及封堵工艺切实可行, 满足呼图壁储气库老井的封堵要求。表 7参 18     

储气库井柔性水泥浆体系适应性评价实验

国内外储气库井对柔性水泥浆体系配方未形成统一的评价方法,文章选取国内外成熟的柔性水泥及
常规气井的水泥浆体系配方６套,通过对比抗压应力应变曲线、杨氏模量与泊松比、水泥石抗拉强度测试、水泥石
胶结强度模拟测试及水泥石循环加载测试性能指标,并结合国内关于储气库柔性水泥的相关要求,得出储气库井
柔性水泥浆体系适应性评价关键技术指标,对储气库井、大规模体积压裂井现场推广应用具有一定的借鉴意义。     

呼图壁储气库废弃井封堵剂研究

为了提高储气库废弃老井封堵的可靠性,开发出了两种不同功能的水泥浆体系。实验表明,G级微膨胀纤维水泥浆体系养护24 h线膨胀率为0.034%,体积不收缩;养护7 d抗冲击韧性比原浆水泥石提高45%;水泥石气测渗透率最高为0.0239×10-3μm2;模拟套管胶结壁面抗窜强度为2.3 MPa/cm,较原浆水泥石提高41%,具有较好的流体阻隔性能,适合于套管内部井筒的封堵。复合超细水泥浆体系浆体稳定性好,填砂管岩心实验最高注入压力为11 MPa,具有较强的穿透能力,封堵产层效果较好。     

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。      

180℃液硅防气窜剂粒径优化及性能研究

为了改善常规液硅防气窜剂在超深井中的防气窜性能,通过在原材料中加入白炭黑和增加砂磨机物理机械研磨等方式,对液硅防气窜剂进行了粒径优化并进行了性能对比评价实验,通过基本性能实验评价了其与水泥浆的配伍性,通过抗压强度、渗透率和胶结强度评价了水泥石的防气窜性能,利用XRD和SEM分析解释了180℃液硅水泥浆体系的防气窜机理。实验结果显示,粒径优化实验制得了平均粒径为300 nm的液硅防气窜剂,与水泥浆配伍性能良好,15%加量以上的液硅使得水泥石抗压强度长期稳定,渗透率小于0.02 mD,胶结强度大于4 MPa,水泥水化产物氢氧化钙极大减少,微观水泥石结构从块状向条状和纤维状转变。研究结果表明,粒径优化后的液硅防气窜剂适用于现有水泥浆体系,能够改善常规液硅防气窜剂在超深井中的应用效果。     

180℃液硅防气窜剂粒径优化及性能研究

为了改善常规液硅防气窜剂在超深井中的防气窜性能,通过在原材料中加入白炭黑和增加砂磨机物理机械研磨等方式,对液硅防气窜剂进行了粒径优化并进行了性能对比评价实验,通过基本性能实验评价了其与水泥浆的配伍性,通过抗压强度、渗透率和胶结强度评价了水泥石的防气窜性能,利用XRD和SEM分析解释了180℃液硅水泥浆体系的防气窜机理。实验结果显示,粒径优化实验制得了平均粒径为300 nm的液硅防气窜剂,与水泥浆配伍性能良好,15%加量以上的液硅使得水泥石抗压强度长期稳定,渗透率小于0.02 mD,胶结强度大于4 MPa,水泥水化产物氢氧化钙极大减少,微观水泥石结构从块状向条状和纤维状转变。研究结果表明,粒径优化后的液硅防气窜剂适用于现有水泥浆体系,能够改善常规液硅防气窜剂在超深井中的应用效果。      

遇气自愈合水泥浆体系

针对顺北油气田凝析气藏在生产期间产生的微裂隙和微环隙,研制了适用于顺北油气田的遇气自愈合乳液,该乳液遇天然气体积膨胀率达30%,并配制出了密度范围在1.45～2.20 g/cm³的自愈合水泥浆体系。该水泥浆体系的适用温度在90～180℃,弹性模量小于7 GPa。同时,还设计了合理的水泥石遇气自愈合能力评价方法,通过首次造缝和二次造缝,水泥石的自愈合能力分别达到了100%和95.1%。研制的遇气自愈合水泥浆体系兼具自愈合能力和优异的弹性性能,已现场试验3口井,固井质量优质率为100%,满足了顺北油气田高温高压气井长期密封需要。