固井二界面泥饼的固化反应

对比考察了现有技术和泥饼固化(MCS)技术的固井二界面胶结强度,通过环境扫描电子显微镜(ESEM)考察了固井二界面泥饼的微观形貌,并通过差示扫描量热仪(DSC)测试对固化反应动力学进行了动态分析。实验结果表明,95℃水浴养护3 d、7 d和15 d条件下,MCS技术的固井二界面胶结强度分别较现有技术的平均提高了439.33%、471.37%和194.11%。ESEM分析表明,MCS技术使固井二界面胶凝固化为一个胶结致密整体,泥饼固化效果显著。在泥饼固化剂作用下,泥饼发生了溶蚀-胶凝固化反应,实现了固井二界面整体固化胶结。Kissinger法和Ozawa法求取的固化反应表观活化能分别为101.33 k J/mol和106.55 k J/mol;固化反应级数为0.95,泥饼固化反应是由多个简单反应复合而成的复杂反应。     

泥饼固化防窜固井技术在高页岩气井的应用

针对高页岩气井固井中泥饼固化防窜固井技术的应用相关内容,从固井不能有效稳定问题入手,做了简单的论述。泥饼固化防窜固井技术的应用,能够基于钻井液以及水泥浆条件不变的情况下,实现泥饼固化和界面交联,进而解决高页岩气井固井质量不稳定问题以及环空气窜问题,极大程度上提升了开采的工作效率,提升生产的效益。     

河南油田稠油井一体化固井技术研究

针对河南油田稠油井第二界面汽窜问题,开展了油井水泥-泥饼-地层整体胶结一体化固井技术研究。该技术是在不改变现有钻井液、水泥浆体系及性能的基础上,采用化学方法实现水泥环-泥饼-地层的整体胶结,达到大幅度提高固井第二界面胶结强度的目的。通过室内配伍性实验及胶结强度测试,证实了泥饼改性剂(GM-Ⅰ)、凝饼形成剂(GA-Ⅱ)与钻井液、水泥浆配伍良好,水泥环-泥饼-地层的整体胶结作用使固井第二界面胶结强度提高到200%以上。6口井的现场应用表明,固井第二界面胶结质量较邻井显著提高,解决了稠油井第二界面汽窜问题。     

提高复杂井固井质量的钻固一体化技术应用研究

钻井时钻井液在井壁上形成的泥饼不管有多薄，固井时都会在井壁上形成一个不可固化层，尤其是漏失层段，易导致第二界面的胶结强度达不到预期的效果。钻固一体化工作液技术通过引入复合活性材料，形成可固化泥饼层，固井施工时可以使钻井液的性能转换、潜活性激活，从而提高易漏地层的承压能力，促使井壁附着的泥饼固结，提高地层-泥饼-水泥环的胶结亲和力，有效地解决了传统固井水泥浆与钻井液不相容的问题。该技术在两口井进行了现场试验并获得成功，油层井段固井质量达到了优质标准，有效地提高了第二界面胶结质量，减少和阻止了各种流体的层间窜通。     

一种页岩气井表层套管和技术套管固井用泥饼固化剂

为进一步解决页岩气井表层套管和技术套管环空带压难题,介绍了一种适用于水基钻井液条件下的泥饼固化剂GJE.性能评价结果表明,采用GJE的固井二界面胶结强度较未采用GJE的固井二界面胶结强度提高了24.65～29.67倍,且GJE与页岩气井表层套管和技术套管用钻井液、前置液和弹韧性防气窜水泥浆体系具有良好的相容性,满足固井...     

MTA防窜固井技术原理及现场应用分析

泥饼仿地成凝饼(MTA)法防窜固井,是针对MTC固井技术的不足、为更好地提高固井二界面胶结质量而提出的新技术。该方法是钻开封固段前50~200 m,在钻井液中加入0.5%~3.0%的泥饼改性剂并维持该比例至完井,固井时以凝饼形成剂为基础配置3~4 m3前置液,注入该前置液后随之注入水泥浆,不改变油井水泥浆体系,但对钻井液泥饼进行了处理。其整体固化胶结机理是,用凝饼形成剂对泥饼界面进行修饰、处理并使其与泥饼改性剂初步反应生成凝饼胶结物,再逐渐形成致密凝饼。为了验证MTA方法的实际固井效果,在大庆油田、胜利油田和河南油田的23口老区调整井(常规油井16口,稠油井7口)中进行了现场应用。应用结果表明,固井一、二界面质量合格率100%,其中大庆油田应用井固井质量优质率和合格率分别提高13.01百分点和1.15百分点,胜利油田应用井固井二界面质量合格率提高约30百分点,河南油田应用井平均总井段优质率达到90.48%。      

不同条件下泥饼固化提高固井二界面胶结强度的实验研究

采用室内模拟实验方法,对不同养护温度与泥饼厚度条件下泥饼固化提高固井二界面胶结强度的情况进行了实验研究。结果表明:在养护温度为45℃的条件下,泥饼厚度为0.5mm和1.0mm时,泥饼固化后固井二界面胶结强度分别提高了230.86%～4 538.74%和757.30%～106 537.50%;在养护温度为80℃的条件下,泥饼厚度为0.5mm和1.0mm时,泥饼固化后固井二界面胶结强度分别提高了656.28%～1 979.69%和331.19%～5 258.82%。通过红外光谱测试结果,探讨了泥饼固化提高固井二界面胶结强度的主要原因,并对其影响因素进行了分析。     

泥饼固化提高固井二界面胶结强度的微观分析

采用XRD、ESEM-EDX和TG-DSC测试分析方法,对泥饼固化提高固井二界面胶结强度的机理进行了研究。结果表明,泥饼固化法制备的固井二界面凝饼中生成了水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和沸石类凝胶。它们是由泥饼改性剂中的活性物质、黏土矿物被溶蚀析出的活性物质、水泥水化产生的水化离子和凝饼形成剂共同作用形成的。这些胶凝物质填充在黏土矿物和钻井岩屑之间,并将之粘接在一起,相互胶结形成了连续相,实现了固井二界面的整体固化胶结。图7表1参12     

MTA方法防气窜固井技术在涩北气田的应用

柴达木盆地涩北气田为第四系疏松砂岩气藏,气层分布段较长,浅层气窜问题突出,尤其是固井二界面的胶结质量难以保证。为此,拟采用在油井中成功应用的泥饼仿地成凝饼(mud cake to agglomerated cake,简称MTA)方法来解决气层段固井防气窜难题。该方法分为3个步骤:①分别对GM-Ⅱ型泥饼改性剂与钻井液流变性、GA-Ⅲ型凝饼形成剂与水泥浆稠化时间进行了室内评价,观察其对钻井液流变性、固井水泥浆稠化时间的影响;②钻开气层前在钻井液中缓慢加入一定量GM-Ⅱ型泥饼改性剂,并维持此比例至完井;③以GA-Ⅲ型凝饼形成剂为基础配制3m3前置液,确保它与井壁泥饼的接触时间达到1.5~2min。开展了6口井施工作业,生产现场固井施工一次成功率达100%,固井质量一次合格率达100%,固井一、二界面胶结质量优质率分别为95.16%~100%,80.01%~98.11%。采用MTA方法防气窜固井技术,可使固井二界面胶结强度大幅度提高6.53~23.21倍,为解决浅层气井固井质量问题提供了新的技术手段。     

多功能完井液和高密度矿渣固井液技术研究

针对泥饼对固井质量的影响和调整更新井固井的技术难点,结合泥浆转化水泥浆技术,配制了多功能完井液,配合高密度矿渣固井液代替纯水泥在调整更新井封固油层,多功能完井液形成的泥饼厚度在小于1.5 mm时能完全固化,可提高第一、二界面的胶结质量,多功能完井液和矿渣固井液相容性好,能提高顶替效率,有效地防止窜槽,经长庆马岭地区中78-5井和南174-5井现场应用结果表明,两口井固井质量均为优质井,而且能大幅度降低固井成本,但高密度矿渣固井液在施工中平均密度低于设计密度,还有待于进一步完善。     

彭页HF-1页岩气井水平段固井技术

为了提高页岩气水平井固井质量,满足分段压裂需求,对彭水地区海相页岩气水平井固井技术进行了研究。针对彭页HF-1井固井技术难点,开展了以通井数据为基础的水平井套管下入数值模拟分析,优选了扶正器类型和扶正器安放间距, 针对该井部分井段地层漏失特性,采用"应力笼"理论开展承压堵漏作业,并优选合适的高效驱油冲洗液和隔离液及水泥浆,满足界面润湿反转和驱油要求。通过数值模拟分析,设计的弹性水泥浆弹性模量6.5~8.5 GPa,扶正器端面居中度达到67%,水平段固井质量能够满足压裂的需求。CBL测井结果表明,彭页HF-1井水平段固井优良率78.4%,质量合格,压裂过程未发现层间窜现象。该技术对海相页岩气井固井有一定的借鉴意义,但需要进一步研究其适应性。      

油基钻井液条件下页岩气侧钻水平井固井技术

DYS4侧钻水平井完钻井深5587 m,垂深4186.34 m,水平位移1607.72 m,具有油基钻井液固相含量高、井壁和套管壁清洗困难、封固段长(5584.49 m)、顶底部温差大(110℃)、顶替效率难以保证等诸多固井难点.通过优化固井方案,优选了双凝双密度水泥浆体系和驱油型隔离液体系,且采用了油基泥饼固化剂,制...     

套管外防气窜装置的研制

为了预防页岩气井在大型压裂时套管变形对水泥环造成破坏,阻断气窜通道,防止井口环空带压,在分析页岩气井产生气窜通道原因的基础上,研制了一种套管外防气窜装置。通过数值模拟试验、承压变形试验及承压密封性试验,分析了套管及套管外防气窜装置的承压变形规律,验证了套管外防气窜装置的承压密封性能。套管外防气窜装置在70 MP内压条件下,其外部径向变形仅有0.007 mm,不会形成气窜通道,且其在压缩胀封情况下可承受35 MPa的压差,防气窜性能较强。套管外防气窜装置在焦页88-2HF井和焦页93-2HF井产层固井中进行了现场试验,压裂后均未出现井口环空带压现象。性能试验和现场试验表明,套管外防气窜装置能减轻套管变形对水泥环的破坏,防止水泥环因大型压裂出现微间隙,达到防气窜的目的,可为页岩气井防气窜提供一种新的技术手段。      

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。     

矿渣MTC固化滤饼能力实验研究

固井液与钻井液滤饼实现整体固化胶结一直是石油工程界期待解决的重大技术难题。由于钻井液滤饼的存在，水泥浆与井壁不能牢固胶结，固井后常常出现油气水窜等严重问题，从而造成固井失败。为此，系统地比较了矿渣MTC水泥浆与油井水泥浆在没有滤饼、普通钻井液滤饼、多功能钻井液滤饼3种情况下的界面胶结性能。实验结果表明，没有滤饼存在时，油井水泥浆的胶结性能明显优于矿渣MTC；普通滤饼存在时，水泥浆和MTC均不能得到令人满意的胶结性能；油井水泥浆不能使多功能钻井液滤饼固化胶结，而矿渣MTC能够实现多功能钻井液滤饼的固化胶结。多功能钻井液钻井技术与矿渣MTC固井技术联合使用可以适当淡化顶替技术，充分发挥矿渣MTC技术的经济、技术优势，提高固井质量。     

威远区块页岩气水平井固井技术难点及其对策

针对四川盆地威远一长宁国家级页岩示范区威远区块页岩气水平井固井中所面临的油基钻井液与水泥浆不相容、高密度油基钻井液驱替困难、水泥环在大型体积压裂条件下易破坏等问题,有针对性地开展了水泥环密封力学参数理论依据、保证界面胶结的驱油前置液、满足压裂条件的韧性水泥石和有利于井筒密封的固井工艺技术等研究,取得了如下成果:①建立了考虑水泥环塑性特征及界面胶结强度的水泥环密封完整性理论模型,可指导页岩气水平井水泥石力学性能设计,减小微间隙的发生;②开发了驱油前置液,其对油基钻井液的冲洗效率超过90%且与油基钻井液及水泥浆相容性好;③根据水泥环密封完整性理论模型所开发的韧性水泥石,在保证相对较高抗压强度的同时杨氏模量降低30%;④确定了清水顶替等适用于页岩气井的固井技术,有利于保证井筒的密封性能。该研究成果应用于现场的12口井,水平段平均固井优质率达到92%,后期压裂效果良好,有效地保证了井筒的密封完整性,为页岩气高效开发提供了技术支撑。     

页岩气长水平井段防气窜固井技术

页岩气开发的核心技术为水平井配合大型水力压裂,而固井质量不佳已成为页岩气完井和实施储层改造的主要瓶颈问题。为此,以四川盆地页岩气开发区块为例,探索了水力压裂作用下保持水泥环力学完整性的方法及其配套工艺技术措施。研究结果表明:(1)采用模拟套管刚度的近钻头三扶正器通井钻具组合,可以降低长水平段页岩气井套管下放难度,提高下套管时效和安全度;(2)研制的高效洗油冲洗隔离液体系在常温至120℃下的冲洗效率均大于90%,能够保证水泥浆对油基钻井液的顶替效率和井壁的有效胶结;(3)确定了该区长水平段固井韧性防窜水泥浆凝固后的性能——水泥石弹性模量应小于7 GPa、三轴强度最好大于40 MPa,以减轻和避免压裂时的水泥环破坏;(4)形成的钻井液调整、预应力固井、地面高压泵注工艺等配套技术提高了页岩气井固井质量。2015—2016年期间运用上述系列固井技术在四川盆地开展了85口井固井作业,平均井深4 832 m,平均水平段长1 560 m,固井质量优质率达89.58%;水平井固井后候凝期间无环空带压,钻完井及试油期间环空气窜得到明显改善。结论认为,该配套技术可以保证并提高长水平段页岩气井的固井质量。     

涠洲K油田复杂工况旋转尾管固井技术

南海西部的北部湾盆地涠洲K油田X1井是一口工况较为复杂的定向井,存在井斜大、裸眼段长、高温、储层压力衰竭带来的异常低压,同时具有较高的气油比等因素共同作用,给固井作业带来极大的挑战。由于φ177.8 mm尾管与φ215.9 mm井眼环空间隙较小,如果采用常规静态尾管固井技术固井顶替效率偏低,将会导致井下漏失和无法压稳地层,引起气窜,造成压力衰竭和高温目的层位的固井质量难以满足后期射孔开采的要求。为了保证复杂工况下油气水层间良好封隔,该井选择使用旋转尾管下入固井技术和抗高温早强防气窜水泥浆体系,同时优选新型油基钻井液冲洗液和隔离液,有效清洁滤饼,并且实现胶结面的润湿反转;使用软件对尾管旋转扭矩进行精确模拟和提高尾管下入居中度,完成了压力衰竭和高温目的层φ177.8 mm尾管固井作业。采用高清扇区水泥胶结测井仪器进行SBT扇区水泥胶结测井结果表明:油气水层实现了良好的层间封隔,全井段固井质量优,较邻近区块的K2井有了明显的改善,满足了后续射孔开采的要求。      

地聚物基油气井固泥材料

地聚物是一类由碱激发剂和胶凝材料制备而成的、由SiO₄和AlO₄四面体单元组成的具有三维立体网状结构的无机聚合物材料。该类材料具有力学性能优异、与无机基材黏结强度高和流动性良好等特点。针对油气井中残余的泥饼导致水泥浆无法有效黏结“固井二界面”的问题,通过添加偏高岭土MK与油井钻井液中的黏土同构地聚物达成油井固泥效果。通过水玻璃和偏高岭土制备了低黏度、高渗透率的地聚物基固泥材料。该地聚物基固泥材料的玻璃模数为1.5,MK添加量为2.5%,其在常压和高压环境下均能渗入泥饼;经90 ℃固化10 h后泥饼的抗压强度分别为3.0 MPa和1.0 MPa;同时,固化后的泥饼能提高固井二界面的胶结性能,“地层-水泥”界面和“套管-水泥”界面的胶结强度分别为0.6和1.0 MPa。X射线衍射分析结果表明,MK的加入虽然无法改变最终固化后泥饼的结晶性能,但适量加入MK能提高胶凝材料的含量,从而进一步提高固化后泥饼的抗压强度和胶结强度。