复合纤维提高油井水泥石韧性的研究

针对因射孔和增产措施使油井水泥环产生脆性破坏，从而带来层间流体窜流和套管损失率上升的问题，研制出了一种新型复合纤维增韧剂SD。实验结果表明：加有SD的水泥石的抗压破碎能为17398J／m^2（净浆水泥石为10562J／m^2），抗拉破碎能为15897J／m^2（净浆水泥石为256J／m^2）；与净浆相比，加有SD的水泥石的抗冲击功提高了71％。加有SD并配合使用0．2％USZ、1．2％F17B和3％F17A的水泥浆体的综合性能满足固井施工的基本技术要求，且SD与其它外加剂配伍性良好。     

耐碱玻璃纤维对掺矿渣油井水泥石力学性能的影响

为了改善普通油井水泥物理力学性能的均衡性，提高普通油井水泥浆抗拉伸破坏的能力，实验研究了耐碱玻璃纤维对水泥石抗折强度、抗冲击韧性和抗压强度的影响，并通过孔隙结构和扫描电镜分析研究了耐碱玻璃纤维对水泥石微观结构的影响。结果表明，耐碱玻璃纤维在掺矿渣油井水泥浆中粘接性良好，分布均匀，对水泥石抗折强度、抗冲击韧性有显著提高；在矿渣油井水泥浆中加入0．5％的耐碱玻璃纤维，可以使水泥石的抗折强度提高20％左右，使抗冲击功增加10％左右；从孔隙结构得知，在50℃条件下增加耐碱玻璃纤维的加量可以改善水泥石的微观结构，增加凝胶孔和毛细孔比例降低，大孔比例减少，抗压强度相应增加，水泥浆性能良好，能满足现场施工的需要。     

油气固井纤维水泥浆性能研究

为了提高水泥石的抗冲击能力,延长油井生产寿命,在油井水泥浆中加入了纤维。研究了纤维对水泥浆流变性、稠化时间、失水的影响,实验结果表明,纤维的加入对水泥浆的流变模式无影响,但对流变参数有一定影响,当纤维掺量为0.12%~0.19%、长度为400~1400 μm时,有利于改善水泥浆的流变性能;与不掺纤维的水泥浆相比,纤维水泥浆的稠化时间稍有减小,但不影响施工;对于水泥浆的失水性能来说,纤维长度和掺量均存在最优值,该实验条件下纤维最佳掺量为0.12%~0.37%,最佳长度为700~1400 μm。该研究证明了在水泥浆中加入适当长度及掺量的纤维可有效提高水泥石的界面胶结强度及韧性,从而为纤维水泥应用于现场提供可靠保证。     

GJ-1保护气层防气窜水泥浆体系研究

分析了低渗透气田气层对水泥浆性能的要求和水泥浆抗气窜水泥浆体系。对该水泥 本系从宏观到微观，从水泥浆性质到水泥石特性进行了试验。结果表明，GJ－1水泥外加剂调整了水泥石内部的微观结构，提高了水泥石的韧性和抗冲击性；低失水量降低了水泥浆对产层的污染性；该水泥浆体系具有塑性胶乳特性，可使水泥浆具有良好的束缚自由水和固相微粒的能力和提高界面胶结的能力，在低失水量条件下具有形成致蜜坚韧的胶膜的特性，使水泥浆在候期间具有较强的防止地层流体窜入环空的作用，降低了水泥石的弹性系数，改善了水泥石的抗冲击韧性，提高了气层的封固质量，能防止油气水容，保护油气层。     

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针对国内油气田复杂地层固井时的水泥浆低返及射孔和后续增产措施造成的水泥环脆裂（即二次窜流）问题，研制开发了F27A型油井水泥防漏增韧剂，并对其防漏性能、水泥石的各种力学性能（抗折强度、抗冲击功和弹性模量）及水泥浆体系的工程性能进行了研究。此外，还进行了聚能射孔模拟试验、1口井注水泥塞堵漏试验和5口易漏井的固井施工。室内研究和现场试验证明：F27A油井水泥防漏增韧剂具有优异的防漏堵漏、增韧和抗冲击作用，其综合工程性能也满足易漏地层固井施工的技术要求。     

DRK韧性水泥浆体系的研制

为了提高油井水泥环抗射孔、压裂等动态冲击能力,提高水泥环射孔后层间密封能力,进行了提高水泥石韧性试验研究。研制出了抗冲击韧性水泥外加剂。该外加剂主要是在胶联剂的作用下通过高分子聚合物型增韧剂提高水泥石的韧性和变形能力,并在室内进行水泥浆常规性能评价试验基础上,利用材料动态力学性能测试装置和射孔模拟实验装置进行了抗射孔冲击能力的评价试验和现场射孔对比试验。试验表明,DRK韧性水泥浆具有速凝、早强、低失水和"直角稠化"的特性,有利于防止和控制水、气窜的发生,不仅能有效地提高固井质量,而且能够提高水泥环的抗射孔(或压裂)冲击能力,有利于延长油井寿命,提高产能。     

改性乙烯醋酸乙烯酯共聚物对水泥浆性能的影响

针对水泥环脆性较高,在固井后的施工作业中其完整性易遭受破坏的问题,将用太古油改性的EVA(乙烯醋酸乙烯酯共聚物)作为增韧材料加入油井水泥中,研究了其对油井水泥浆体系常规性能和力学性能的影响,分析了其对水泥石力学特性的影响机理。结果表明,改性EVA与水泥浆的相容性较好,其对浆体的流动性、失水量影响较小,水泥浆稠化时间随改性EVA掺量增加而延长;改性EVA对水泥石抗压强度影响较小,但能提高水泥石的抗折强度和韧性,当改性EVA加量为3%时,水泥石75℃养护3 d的抗折强度提高4.4%,压折比减小28.0%,掺量为4%时,水泥石弹性模量降低39.5%。改性EVA水解产物和水泥水化产物相结合,生成的晶体和脱水聚合物使水泥石内部结构更加致密,减小或消除了水泥石内应力集中,阻止了裂缝扩展,改善了水泥石的力学特性。     

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针对胶乳种类对油井水泥浆性能的影响；胶乳加量对油井水泥浆性能的影响；降失水剂对胶乳水泥浆体系性能的影响；胶乳对水泥石强度的影响。实验研究了国产丁苯胶乳对油井水泥浆的失水、流变性、自由液和水泥石抗压抗折强度的影响。结果表明 ,随胶乳加量增大，胶乳对水泥浆体系的流变性影响不大，但使体系的失水量及自由液明显降低，对水泥石的抗压强度减小而抗折强度增大。理论分析了胶乳对油井水泥浆性能影响的因素。     

多尺度纤维韧性水泥浆体系研究与应用

针对油井水泥石脆性大、抗拉强度低、抗冲击和抗破裂性能差等问题,优选了3种不同尺度的无机纤维,并通过正交试验进行复配,形成了多尺度纤维增韧剂BCE-230S。考察了BCE-230S加量对水泥浆性能及对应水泥石力学性能的影响,确定了其最佳加量,形成了多尺度纤维韧性水泥浆体系。性能评价试验结果显示,与普通水泥石相比,多尺度纤维韧性水泥石的劈裂抗拉强度、抗压强度及抗冲击功显著提高,杨氏模量显著下降,且水泥浆性能良好。多尺度纤维韧性水泥浆体系在冀东油田低渗透油藏应用了10余井次,2个胶结面的胶结质量较邻井显著提高,后期压裂顺利,试油未见层间窜流。研究结果表明,多尺度纤维韧性水泥浆体系能够解决油井水泥石易脆裂的问题,可以保障井筒密封完整性和固井长期封固质量,具有广泛的应用前景。      

改性沥青粉对油井水泥浆体系的影响

水泥环在井下地层应力、交变温度和后期工程作业中的完整性容易遭到破坏。采用改性沥青粉 HRLQ 作增韧剂，配制出了增韧水泥浆体系。通过室内研究表明，改性沥青粉 HRLQ 与油井水泥的相容性较好，具有优良的缓凝性能，它的掺入对水泥石抗压强度影响不大，但提高了水泥石的抗拉强度和韧性。当改性沥青掺量为 1.5% 时，水泥石抗拉强度增加了35%， 拉压比增大了41%； 水泥石的单轴压缩应力-应变曲线中， 当改性沥青HRLQ的掺量为5.0%时，弹性模量降低了40%； 改性沥青粉的加入使水泥石孔隙变小，结构更致密，抗拉强度、韧性、形变能力都有较大的提高。      

Properties and Application of Oil-well Cement Enhanced with a Novel Composite Toughening Agent

Brittle fracture of cement sheath, induced by perforation and stimulation treatments, can cause cross flow of formation fluid and increase casing damage. A novel agent XL was developed for solving the problem. Experimental results showed that the toughness of the set cement containing XL was improved remarkably. The engineering properties of the slurry containing XL, drag reducer USZ (0.2% BWOC), filtrate loss additive F17B (1.2% BWOC) and crystalloid expanding agent F17A (3% BWOC) could meet technical requirements of cementing operation. After perforation, good quality cement sheath enhanced with XL was observed by CBL/VDL logs in a deep well.     

使用防漏增韧剂F27A解决裂缝性地层漏失问题

延长油矿管理局在蟠龙、子长等主生产区经常遇到严重漏失井,直接影响了钻井速度.首次选用了防漏增韧剂F27A,并通过验证水泥浆的流动度、强度、密度等性能是否符合要求、配伍性是否良好,对水泥浆配方进行了优选,最后得到的优选配方为:秦岭G级水泥(MSR) 1.8?7A 1%G203A 0.3%USZ(水灰比为0.50).蟠2028-7井用该水泥浆进行现场补高,补救成功,使濒临报废的井起死回生,顺利投产.室内与现场施工效果表明,加有防漏增韧剂F27A的水泥浆具有良好的堵漏效果.     

钙质晶须在高温加砂水泥中的增强性能研究

为满足稠油开采对油井水泥石高温力学性能的要求,探索了钙质晶须在油井水泥及高温加砂水泥中应用的可行性。首先研究了80℃下硫酸钙晶须(CSW)及两种自制钙质晶须(GZWS和GZWL)对油井水泥石的增强增韧效果,并在此基础上,通过干热养护方式(600℃煅烧6 h)考察了5% GZWL对加砂水泥石的增强效果。结果发现,CSW对油井水泥石无增强增韧作用,而GZWL和GZWS的增强增韧效果明显,且长径比大的GZWL优于GZWS。随GZWL加量增大,油井水泥石的抗压强度和冲击韧度增大,当加量为5%时,1,3,7和28 d水泥石的抗压强度较净浆水泥石分别提高了18.7%,42.4%,20.6%和20.7%,冲击韧度较净浆水泥石分别提高了6.8%,7.0%,12.8%和13.0%;该加量下干热养护后的水泥石抗压强度较纯加砂水泥石提高了108.0%。研究结果表明,晶须表面性质(亲水性)是保障其与水泥石基体良好胶结并发挥其作用的前提,晶须长径比越大,增强效果越显著,故GZWL能有效抑制加砂水泥石的高温强度衰退。      

深井塑性水泥浆体系研究

在深井的固井过程中经帮会面临大段盐膏层固井问题。深井本身具有井深、温度高、水泥环薄的特点，再加上地层盐水的侵入而使水泥浆性能发生变化，加大了固井难度；而且一般水泥石本身具有硬和脆的性质，易受后续施工、射孔或地下复杂作用力的影响而发生脆裂，或与套管、井壁剥离。采用以改性纤维为主要材料的早强增塑剂QA研究出了深井抗盐塑性水泥浆体系。对塑性水泥浆的惜规性能和抗盐、抗温能力及密度可调性进行了试验分析研究。试验结果表明，加入QA的水泥浆的惜规性能指标与不加QA的水泥浆接近，但水泥石抗裂程度明显提高，抗压强度增加25％～30％，7d的抗冲击韧性提高16．6％～22．3％，抗折强度提高18％～21％，弹性模量降低约17％；而且水泥浆抗盐性能优良，使用温度和密度范围宽，与各类外加剂配伍性好，流变性好，直角稠化，强度发展快，粘接强度高，有利于复杂地层的固井施工；工艺简单，操作方便，适宜现场推广运用。     

镁质晶须对油井水泥石力学性能的影响

为提高油井水泥石强度,选用镁质晶须MBW为增强剂,研究了MBW在不同掺量下对水泥浆体的基本性能及水泥石力学性能的影响,并通过XRD、MIP及SEM等表征方法进行了探讨。结果表明,油井水泥中掺入1%~5%的镁质晶须后,其浆体密度及凝结时间基本不变;流动度随晶须掺量的增加而降低,通过加入减阻剂USZ来改善;水泥石的抗压强度、抗折强度随晶须掺量的增加得到明显提高,当晶须掺量为4%时,80℃下水泥石1、3、7和28 d抗压强度比净浆水泥石分别提高8.3%、15.4%、21.5%和18.8%,抗折强度分别提高9.4%、19.4%、13.1%和0.3%。镁质晶须属于惰性微填料,可填充水泥石内部的有害孔隙,增加水泥石密实度,同时作为微纤维,在水泥石内部通过桥连、拔出、剥离、折断等作用机制起到对水泥石增强增韧的双重功效。     

丁苯聚合物超细水泥的研究与应用

在油气田开发过程中,由于固井水泥石孔隙大,韧性差,在射孔及地层应力的作用下容易破裂,形成窜槽,造成油气上窜,浪费了油气资源,严重影响了油气井的正常生产。减少固井水泥石的孔隙,提高韧性,将极大增强固井水泥石的防气窜能力。室内实验表明超细水泥与丁苯聚合物有较好的配伍性,在超细水泥中加入丁苯聚合物,有效地减少了固井水泥石的孔隙,提高了韧性。在现场成功应用丁苯聚合物超细水泥。     

CB-1复合材料提高水泥石塑性强度的试验研究

在实验室条件下研究了CB-1复合材料对水泥石塑性强度的影响,试验考查了随复合材料CB-1加量的增加水泥石抗压、抗折强度的变化,测定了不同CB-1加量下水泥石的渗透率。探讨了油井水泥外加剂对加有CB-1的水泥浆体系的综合性能的影响及加用CB-1提高水泥石抗折强度的机理。研究表明,所采用的塑性水泥浆的适用范围要宽,既能用于常规密度的水泥浆在不同温度下的施工,又要用于高密度或低密度的水泥浆的施工;同时其相容性要好,不但能提高水泥石的塑性,且还应与其他外加剂有良好的配伍性,方可提高水泥石的塑性强度。     

特稠油SGVR-1水基降粘剂的研制

采用荧光法测定了辽河油田曙光采油厂1702井特稠油乳化HLB值.以混合型表面活性剂、阴离子型表面活性剂及非离子型表面活性剂为主剂,快速渗透剂及碱助剂等为辅助剂,按一定比例合成了水基降粘剂SGVB-1.室内实验结果表明,该降粘剂具有良好的乳化降粘性能(降粘率不低于99%)、自动破乳脱水性能和配伍性能(与破乳剂),是一种较理想的特稠油降粘用水基降粘剂.