水乳树脂改善油井水泥石力学性能研究

油井水泥石存在收缩大、脆性高的固有缺陷,易形成微间隙而导致地层流体互窜,造成油气采收率降低与油井寿命缩短。通过向G级油井水泥中掺入水乳树脂对其进行改性,同时掺入硅灰及矿渣微细粉,制得了固井防窜用弹性密封水泥石。对该水泥石力学性能测试结果表明,水泥石韧性显著增强,脆性降低,力学形变能力大幅提高。     

油井水泥石断裂韧性的实验研究

固井施工时,由于原因,会在水泥石中形成裂缝等初始缺陷;在射孔等作业中,在冲击载荷作用下,裂缝将迅速扩展产生大裂缝,容易造成含油夹层段窜槽,给开发等工作带来不利影响。文中引入水泥石的断裂韧性这一概念进行了增强经石断裂韧性机理分析,并分别采用“霍布金森法”和“焦散线法”进行了不同配方水泥石的动态断裂韧性测定实验,对增强水泥石断裂韧性的有效途径进行了实验探索,并结合模拟射孔实验结果,提出了能够抵抗射孔冲     

一种油井水泥石高温稳定剂

针对普通加砂水泥石经受高温后抗压强度衰退的问题,研发出一种油井水泥石高温稳定剂,该稳定剂对水泥浆的稠化时间、水泥石常温强度发育、流变性无副作用,与油井水泥外加剂配伍性良好,形成的水泥石高温下（320℃、450℃）抗压强度不衰退,优于加砂水泥石及超细二氧化硅水泥石。同时加入高温稳定剂的水泥浆还具有很好的胶结强度,约是加砂水泥石环的4倍,超细二氧化硅水泥石环的3.5倍。该高温稳定剂在蒙古林油田现场应用2口井,整个施工过程顺利,固井质量较好,一二界面胶结质量良好,具有良好的应用前景。      

一种油井水泥石高温稳定剂

针对普通加砂水泥石经受高温后抗压强度衰退的问题,研发出一种油井水泥石高温稳定剂,该稳定剂对水泥浆的稠化时间、水泥石常温强度发育、流变性无副作用,与油井水泥外加剂配伍性良好,形成的水泥石高温下（320℃、450℃）抗压强度不衰退,优于加砂水泥石及超细二氧化硅水泥石。同时加入高温稳定剂的水泥浆还具有很好的胶结强度,约是加砂水泥石环的4倍,超细二氧化硅水泥石环的3.5倍。该高温稳定剂在蒙古林油田现场应用2口井,整个施工过程顺利,固井质量较好,一二界面胶结质量良好,具有良好的应用前景。     

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。     

CO_2腐蚀油井水泥石的深度及其对性能的影响

利用显微镜等仪器检测了CO2对油井水泥石的腐蚀深度,研究了CO2对水泥石的腐蚀深度及其对工程性能的影响。结果表明,水泥石的腐蚀深度随温度、CO2分压及腐蚀时间的增加而增加,可以依据腐蚀深度分别与温度、CO2分压及腐蚀时间之间存在的函数关系建立腐蚀深度计算模型;腐蚀深度可作为评价腐蚀程度的指标,利用腐蚀深度计算模型可对水泥石长期受腐蚀程度进行评价和预测;组成不同的水泥浆,水泥石腐蚀深度、强度降低率及渗透率增量不同,强度降低率及渗透率增量与腐蚀深度间的变化趋势也不同;改善体系组成提高体系初始强度及抗渗透能力能提高水泥石的抗腐蚀能力。设计出了适用于大庆油田120～150℃的深井固井用水泥浆配方。     

碳酸钙晶须与碳纤维混杂增强油井水泥石力学性能

针对油井水泥石易脆裂而造成油气井层间封隔失效的问题,通过实验研究了碳纤维、碳酸钙晶须及二者混杂对油井水泥石力学性能的影响,利用扫描电镜观察了水泥石微观形貌,并探讨混杂纤维增强水泥石的作用机理。实验结果表明:碳纤维、碳酸钙晶须及两者混杂纤维均能有效提高水泥石的抗压、抗折和劈裂抗拉强度;相对于单掺1种纤维,混杂纤维对水泥石的增强效果更好;混杂纤维水泥石具有明显的韧性,且混杂纤维显著提高了水泥石的力学形变能力。观察水泥石微观形貌和分析混杂纤维增韧机理后发现:碳酸钙晶须和碳纤维具有不同的尺寸、形貌和性能,能够在不同结构层次和荷载阶段发挥作用,控制微裂纹或裂缝的产生和发展,改善水泥石的强度和韧性。图20表5参27     

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。     

油井水泥分散缓凝剂TD—1A

本文介绍一种新型油井水泥外加剂－分散缓凝剂ＴＤ－１Ａ。用该外加剂处理的水泥浆流变性能好，稠化时间易调，固井成本低，在３井口的固井中试用该剂，取得了满意的效果。     

SiO2晶态物性对高温水泥石力学性能的影响

油井水泥石高温力学性能衰退会对深层油气井安全性及服役寿命造成很大影响。研究水泥石高温强度衰退规律将有助于改善水泥石的长期高温力学性能。硅溶出是造成水泥石高温力学性能衰退的主要原因之一,但未引起重视。重点研究了温度对不同晶态硅溶解度的影响,并结合高温加砂水泥石抗压强度进行分析。结果表明,硅溶解度随温度上升而增加,相同温度下非晶硅的溶解度远大于晶体硅;随硅溶解度的增大,水化前期的硅溶解促进水泥石早期高温抗压强度发展,高温反应后期水化产物会发生硅溶出,造成水泥石高温强度衰退;静态水中水泥石高温抗压强度比动态水中更高且更加稳定;养护环境中硅饱和程度高,水泥石的高温力学性能更稳定。从高温硅溶出角度分析,以晶体硅为主,少量非晶硅为辅的不同晶态硅将有助于保持水泥石高温力学性能稳定。      

等离子体改性氧化镁晶须增强铝酸盐水泥高温力学性能

水泥石的高温脆性和低拉应力限制了其在稠油热采井中的应用。笔者选用等离子体改性氧化镁晶须来增强铝酸盐水泥的高温力学性能。结果表明,等离子体改性氧化镁晶须的表面微观结构更为粗糙,可更好地与水泥石产生胶结,进而提高力学性能。在500℃下养护7 d后,掺入2%等离子体改性氧化镁晶须的水泥石相比于掺入2%未改性氧化镁晶须的水泥石,其高温力学性能明显提升,抗压、抗拉强度分别增长了24.5%和14.1%;同时掺入2%等离子体改性氧化镁晶须的水泥石的应力应变性能也更为优异,具有更高的应力峰值与更低的弹性模量。最后通过SEM和EDS等表征方法,对掺入晶须的水泥石微观形貌进行分析,认为晶须作用于水泥基体时,分别通过裂纹偏转、晶须断裂和桥联等途径达到增强水泥石力学性能的效果。      

高温大温差固井水泥浆体系研究

针对高温深井长封固段大温差固井面临的水泥浆顶部强度发展缓慢、易气窜等固井技术难题.在对高温大温差水泥浆设计难点分析基础上,通过合理设计水泥浆外掺料组成,优选抗高温性能好、对水泥石强度影响较小的外加剂,并研制出一种新型强度调节剂FZ-1,加快水泥石顶部抗压强度发展,最终设计出一套密度为1.90g/cm3,能有效解决顶部水泥浆超缓凝问题的高温大温差水泥浆体系.实验结果表明,该体系沉降稳定性好、失水量小、稠化时间可调、早期强度高且具有良好的防窜能力,能够满足循环温度为110～140℃,温差为50～70℃的高温大温差固井施工要求.     

耐高温压裂液研究进展

高温低渗油气田的压裂开发对我国油气资源的可持续发展具有重要意义。开发在240℃储层保持良好流变性和携砂能力的压裂液体系已列入"十三五"国家重大科技专项研究内容。本文综述了近年来耐温170℃以上的压裂液体系,分别分析了植物胶压裂液、聚合物压裂液、复配压裂液及耐温交联剂的特点,并对耐温240℃压裂液的开发提出建议。     

抗高温油井水泥降失水剂的研究进展

综述了近年来抗高温油井水泥降失水剂的研究现状,分为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)聚合物、改性天然高分子以及聚合物与其他处理剂复配体系三大类。将国内外研究降失水剂的具体实例进行对比分析,总结了国内与国外研究存在的差距,展望了该领域的研究重点和发展方向。     

高温复合低密度水泥浆的研究与应用

解决在高温高压下减轻材料的性能稳定以及形成水泥石的体积收缩和强度快速形成与发展难题,是低密度水泥浆在深井固井中推广应用的前提.以满足高温高压固井对水泥浆的性能要求为目标,通过对耐高温高压水泥减轻材料和其他外加剂的优选,经多次的室内实验,配套使用了10种水泥外加剂和外添料,形成了流动性和稠化时间满足施工要求,密度为1.35～1.40 g/cm3、具有耐高温、防漏增塑、微膨胀、低渗高强复合性能的低密度水泥浆,并且在183℃、70MPa的易漏失井--桩古斜472井中得到了成功应用.     

高温防气窜胶乳水泥浆的室内研究

为满足高温井固井对防气窜水泥的特殊要求，研制出了一种高温防气窜胶乳水泥浆体系。胶乳由苯乙烯（St）、丁二烯（Bd）、聚乙烯醇等制备而成，具有稳定性好的特点。介绍了胶乳的制备条件，室内评价并分析了胶乳的高温降失水性能、耐温性能以及胶乳水泥石的性能。利用美国CHANDLER公司7150型气窜模拟分析仪研究了胶乳水泥浆的防气窜性能。通过用X’Pert ProX射线衍射仪分析水泥石受不同腐蚀介质腐蚀后的组分变化，研究了胶乳水泥浆的耐腐蚀性能。     

外加剂对水泥石力学性能的影响

传统水泥石的硬脆性是致使油井整体性在复杂多变的井下工况及油气井后续施工中受到破坏、导致层间封隔失效的主要原因。为进一步提高水泥石性能,解决石油固井等实际问题,在普通固井水泥(G级纯水泥)中掺加定量的丁苯胶乳、硅粉、石棉等外加剂,形成胶乳水泥(G级水泥添加丁苯胶乳)、二元复配水泥(G级水泥添加丁苯胶乳和硅粉)和三元复配水泥(G级水泥添加丁苯胶乳、硅粉和石棉),研究了外加剂对水泥石抗压强度、杨氏模量、泊松比和体积弹性模量等9项力学性能的影响。结果表明,普通固井水泥、胶乳水泥、二元复配水泥和三元复配水泥四种水泥石的泊松比均接近0.20。与普通水泥石相比,胶乳水泥石、二元复配水泥石和三元复配水泥石抗压强度分别提高24.6%、12.3%和降低11.2%。二元复配水泥石的杨氏模量和体积弹性模量均提高,分别为11.8%和12.9%;而胶乳水泥石分别降低2.9%和8.2%;三元复配水泥石分别降低14.7%和18.6%。二元复配水泥石有较强的刚度,胶乳水泥石和三元复配水泥石表现出较好的弯曲性能,具有柔性好的特点,此外胶乳水泥石表现出较好的抗冲击韧性。胶乳水泥为石油固井的最佳选择。     

热采井高温条件下机械筛管强度变化规律模拟研究

热采井井下高温条件将对机械筛管的强度产生较大影响,进而影响其挡砂性能。为了对高温条件下筛管的强度进行准确预测,考虑热采井实际生产条件,分析了高温条件下机械筛管材料各项强度参数随温度变化规律。建立了高温条件下机械筛管强度计算方法; 采用渤海某油田典型井热采生产条件,对CMS金属网布筛管进行强度随温度变化的敏感性分析,并与实际强度测试结果对比。结果表明,应用此方法计算筛管的强度,误差小于10%,其计算精度满足工程要求。对4种常用筛管材料进行材料强度和筛管整体强度随温度变化的敏感性分析,结果表明TP100H钢材的强度性能较好。为交变高温条件下的机械筛管的强度预测提供可靠依据。     

抗高温硅酸盐水泥浆体系研究

针对高温条件下,常规硅酸盐加砂水泥浆体系存在的稳定性差、水泥石抗压强度衰退和开裂等问题,有针对性地开展了水泥高温增强材料优选、水泥石力学性能优化和抗高温硅酸盐水泥浆体系综合性能优化等研究,结果表明,高温条件下,掺加火山灰类高活性矿物材料能保证水泥石抗压强度良好发展,无衰退现象;优选的晶须/纤维材料对水泥石“降脆、增韧”作用显著,水泥石高温养护无开裂现象,且弹性模量能控制在9.0 GPa以内;通过配套使用高性能抗高温降失水剂、缓凝剂和高温稳定剂等外加剂,水泥浆体系综合性能良好,具有低失水、高温稳定性好、稠化时间可调、过渡时间短等特点。该研究成果对保证深井、超深井固井安全,提高固井质量具有重要意义。