泡沫水泥的研究与应用

泡沫水泥是一种超低密度水泥。对泡沫水泥的性能、实验研究方法、泡沫水泥固井施工工艺及设备和泡沫水泥的应用评价作了系统的评述。泡沫水泥的主要优点是水泥浆密度低、强度高及渗透性较低,对减少气窜、防止套管腐蚀及漏失层固井、长封固段固井及注气井固井作业十分有利。泡沫水泥固井的评价应将变密度测井、伽玛测井和声幅测井等资料联系起来,则其评价鉴定效果会更好。     

固井工艺技术中对泡沫水泥的应用

本文分析了泡沫水泥的优点,并研究泡沫水泥在固井工艺技术中的应用。     

声阻抗技术在泡沫水泥固井质量评价中的应用

分析了泡沫水泥在固井工程方面应用的特点及传统水泥胶结测井（CBL）方法检测泡沫水泥固井质量的局限性。介绍了基于超声脉冲声阻抗测井的声阻抗差分技术的原理及应用的关键点。与常规水泥相比，泡沫水泥声阻抗值较低，用CBL中的常规声幅曲线评价泡沫水泥与套管的胶结质量,可能会得出错误的解释结果。利用超声脉冲声阻抗差分逻辑可以有效地区分泡沫水泥与流体，对第1界面作出准确评价。同时使用超声脉冲和CBL测井仪可以精确地确定水泥壳的胶结情况及水泥与套管、水泥与地层的胶结质量。用实例说明了基于超声脉冲声阻抗测井的声阻抗差分技术在检测泡沫水泥固井质量的应用效果。     

国外固井技术现状（二）

新型泡沫固井技术 新型泡沫有2种充气方法，一种方法是化学剂在水泥浆中起化学反应产生氮气，加入其他外加剂如稳泡剂等，形成一种均匀稳定的泡沫水泥，这一新型低密度水泥属原苏联科学家首创，并应用该技术完成了12000口井的固井作业。     

欠平衡钻井泡沫水泥浆静液柱压力分析

泡沫水泥固井是欠平衡钻井配套应用的主要技术之一。要想保证全过程的欠平衡状态,在固井时推荐使用泡沫水泥,而且,泡沫水泥浆在气体钻井、易漏地层钻井中得到了广泛的运用。泡沫水泥的静液柱压力是使用该水泥的关键参数,文章讨论了泡沫质量以及温度、压力对泡沫水泥浆密度的影响,推导出了泡沫水泥浆静液柱压力计算公式,利用该式可以方便地估算泡沫水泥固井时的静液柱压力,最后对计算结果进行了简要的分析。     

泡沫水泥用于层间封固∶现场实例

泡沫水泥固井是欠平衡钻井配套应用的主要技术之一 ,可以防止因固井对产层带来的污染 ,避免压漏地层 ;与常规水泥相比 ,泡沫水泥浆形成的水泥环具有一定的塑性 ,因而能够防止后期射孔造成的水泥环破坏。在气井钻井中 ,常常采用这一技术 ,但在需要保护产层和易漏地层 ,泡沫水泥技术也正在得到更为广泛的应用。本文通过美国怀俄明州 6口天然气深井使用泡沫水泥和普通水泥的实例对比 ,较好地说明了泡沫水泥的优点和潜在的成本节约     

泡沫水泥用于层间封固：现场实例

泡沫水泥固井是欠平衡钻井配套应用的主要技术之一,可以防止因固井对产层带来的污染,避免压漏地层;与常规水泥相比,泡沫水泥浆形成的水泥环具有一定的塑性,因而能够防止后期射孔造成的水泥环破坏.在气井钻井中,常常采用这一技术,但在需要保护产层和易漏地层,泡沫水泥技术也正在得到更为广泛的应用.本文通过美国怀俄明州6口天然气深井使用泡沫水泥和普通水泥的实例对比,较好地说明了泡沫水泥的优点和潜在的成本节约.     

泡沫水泥压力计算分析研究

泡沫水泥具有密度低、强度大、渗透率低、无游离液和防气窜等特点，主要用于长封固井段或低压易漏地层的固井施工。由于在泡沫水泥中含有气体，其中气体参数又是温度和压力的函数，因此在固井施工设计中不能采用常规固井理论进行相关计算。为此，根据实际固井施工模型，利用水力学知识与热力学原理建立了相应的计算模型，在对泡沫水泥密度和压力变化分析基础上，形成了适用于固井现场的泡沫水泥修正压力计算方法。详细阐述了施工模型的建模思路和求解过程，并通过修正压力计算值与采用数值方法求解的压力值对比，说明了该计算方法在误差范围内的正确性和可行性，能够为现场固井压力计算提供参考。     

低密度泡沫水泥固井技术

泡沫水泥固井,是解决低压易漏油层固井漏失的一种行之有效的方法。泡沫水泥浆是固、气、液的多相体系,所以固井设计和计算比常规固井要复杂得多。本文给出了适用于泡沫水泥固井计算的基本模式和方法,并编制成计算机程序。可以用计算机进行固井设计,也可对现场施工采集的有关技术参数进行分析、处理,严格按固井设计要求控制泡沫水泥浆密度。1987年~1989年6月,在低压易漏的新疆火烧山油田工业性试验21口井,取得了好的效果。本文还介绍了泡沫水泥性能、施工工艺技术,总结了现场实践经验,并提出了一些建议。     

声幅测井评价泡沫水泥固井质量研究

本文在介绍新疆油田泡沫水泥固井声幅测井评价情况的基础上,经过室内模拟试验和现场测试表明,泡沫水泥声幅值高于普通水泥声幅值,但幅值相差不大。模拟井筒水泥胶结试验证实,在常温常压养护下,泡沫水泥胶结强度比普通水泥低,但仍具有较大的承压能力。因此,采用国产声幅CBL测井仪在不改变原测井方法的前提下,通过调整声幅解释曲线,可以对泡沫水泥固井质量进行测井评价。     

杭锦旗区块漂珠-氮气超低密度泡沫水泥固井技术

为解决杭锦旗区块固井井漏难题,实现水泥浆一次安全上返形成完整水泥环,提高固井质量和保证井筒的完整性,开展了漂珠-氮气超低密度泡沫水泥固井技术研究。在漂珠低密度水泥浆体系中充入氮气,并加入发泡剂和稳泡剂,形成了高压充氮气发泡工艺,设计了密度为1.15~1.20 kg/L的漂珠-氮气超低密度泡沫水泥浆;自主设计研发了机械注氮设备,配套了现场节流加回压装置,形成了超低密度泡沫水泥浆控压防漏固井技术。该固井技术在杭锦旗区块5口井技术套管固井中进行了应用,水泥浆均一次性安全上返。其中,JPH351井井下泡沫水泥浆平均密度为1.15 kg/L,封固段长2 800.00 m,固井质量优良。研究与应用结果表明,漂珠-氮气超低密度泡沫水泥固井技术可以解决杭锦旗及类似区块低压井固井漏失难题。      

深水固井液体减轻低密度水泥浆体系

与传统的表层固井技术不同,深水表层固井由于受到深水环境和现场条件限制,对固井作业提出了新的要求。针对深水表层固井的难点,开发了一种新型液体减轻剂PC-P81L,并以其为主体构建出了深水固井液体减轻低密度水泥浆体系。室内实验结果表明,PC-P81L作为减轻剂对水泥浆具有密度调节作用,可在1.30~1.70 g/cm3之间调节水泥浆密度;具有高悬浮性,最高可悬浮水灰比为2的水泥浆;具有增强作用,还可以应用于常规密度水泥浆中作为增强剂;具有促凝作用,可在深水低温环境下缩短水泥浆稠化时间。构建的深水固井用液体减轻低密度水泥浆体系,通过增大水灰比降低水泥浆密度,提高了水泥浆的造浆率,减少现场水泥用量;且配方简单,易于调节,外加剂以全液体形式添加,减小了现场工作人员的劳动强度;同时满足深水低温环境下的水泥浆性能要求,为下部钻进提高保障;液体减轻水泥浆体系作业成本较漂珠体系也大幅度降低,满足深水低温条件的性能要求,可适用于深水表层固井。      

深水表层固井水泥浆体系应用现状及发展方向

首先对国内外深水表层固井水泥浆体系进行了介绍,阐述了各水泥浆体系的现场应用情况及先进经验,并针对性的提出了存在的问题。结合存在的问题和国内深水海域环境温度的特点,自主研发了适用于表层套管固井的低温、低密度、低水化、热防窜和低温早强防浅层流水泥浆体系,并成功应用于现场作业。最后提出了深水表层固井技术未来的发展方向。     

超高密度水泥浆体系的研究与应用

针对中原油田超高密度水泥浆固井技术难题,通过优选加重材料、解决加重材料的沉降问题以及沉降稳定性与流动性之间的矛盾,开发出一套性能稳定的超高密度水泥浆体系。该体系采用粒径为0.154 mm、0.076 mm及0.03 mm的密度为7.0 g/cm3的铁粉,按照2∶1∶3的比例复配作加重材料,液固比取0.23~0.28时,加重材料加量为180%~390%(BWOC)时均可使水泥浆密度达2.80 g/cm3;选用胶乳作悬浮剂,其不但增大了浆体的悬浮能力,而且具有一定降失水性能。该水泥浆在30℃、常压条件下的48 h抗压强度大于14 MPa;失水量控制在50 m L以内;沉降稳定性好,上下密度差最大为0.028 g/cm3;防窜系数SPN小于3,满足了现场施工需求。研究了该超高密度水泥浆的现场混配工艺。该技术在文72-421井获得了成功应用,固井质量优良率为100%,为复杂高压油气井固井提供了技术支撑。     

超低密度高炉矿渣水泥浆研究

针对油田在低压易漏地层中使用１．４０￣１．６０ｇ／ｃｍ＾３的低密度水泥浆固井存在水泥浆返高不够,固井质量差等问题,结合矿渣膨润土水泥浆。矿渣ＭＴＣ固井技术和多功能钻井液固井技术,利用矿渣和漂珠等材料设计了密度１．２０￣１．３５ｇ／ｃｍ＾３的超低密度矿渣膨润土水泥浆,矿渣ＭＴＣ浆和矿渣ＵＦ浆。     

渝东地区常压页岩气水平井充氮泡沫水泥浆固井技术

为了解决渝东地区常压页岩气水平井用生产套管固井时易漏及分段压裂后环空带压的技术难点,研究了机械充氮泡沫水泥浆固井技术。通过优选发泡剂、稳泡剂,设计了泡沫低密度水泥浆;基于高压气体状态方程,进行了泡沫水泥浆全过程平衡压力及浆柱结构设计,建立了井筒压力条件下的泡沫水泥浆密度计算模型,形成了机械充氮泡沫水泥浆固井技术。泡沫低密度水泥浆的密度调整范围为0.80～1.55 kg/L,水泥浆中泡沫的半衰周期为33.8 h,泡沫水泥石的弹性模量为4.6 GPa。泡沫水泥石在循环载荷测试条件下的残余应变为0.21%,具有良好的力学性能;采用全过程平衡压力固井技术和分段注气泡沫低密度水泥浆注结构设计方法,能满足固井防漏要求。渝东地区20口常压页岩气水平井应用了机械充氮泡沫水泥浆固井技术,固井过程中未发生漏失,固井质量优良率100%,且压裂后未出现环空带压现象。研究和现场应用表明,采用机械充氮泡沫水泥浆固井技术可以解决渝东地区常压页岩气水平井生产套管固井时的漏失问题,且泡沫水泥石具有良好的弹性变形性能,能够防止压裂后环空带压。      

开窗侧钻井小井眼小间隙固井技术

油层套管开窗侧钻是老油田盘活报废井、提高采收率的重要手段。然而侧钻井固井时由于环空间隙小,固井过程中水泥浆上返摩阻大,环空当量密度大大增加,经常压漏地层,导致水泥浆漏失低返;另外受井眼尺寸的限制,套管居中度差,水泥浆易窜槽,其固井质量严重制约了侧钻井技术的应用前景。从水泥浆密度和性能上考虑,研制了低密度低摩阻水泥浆,通过降低水泥浆密度来减小固井时的液柱压力,同时配套采用综合技术措施,在现场多口井进行应用,固井质量显著提高。探索出一套适合华北油田特点的提高侧钻井固井质量技术,实践证明该技术是切实可行的。     

厄瓜多尔Parahuacu油田固井技术

厄瓜多尔Parahuacu油田固井时,二界面易发生边底水窜,水泥浆滤液及固相易侵入储层孔喉,采用常规密度水泥浆易发生漏失。针对这些问题,通过模拟冲洗试验,研制了酸性冲洗液、暂堵型隔离液和界面胶结增强剂,配成了多效固井前置液;通过选用空心玻璃微珠、确定液固比设计窗口、控制滤失量和增强防水窜性能,研制出一种防水窜胶乳低密度水泥浆。室内试验结果表明,多效固井前置液能清除井壁95.0%的结构性滤饼,使储层渗透率恢复率超过90.0%,水泥界面胶结强度提高5倍以上;防水窜胶乳水泥浆密度1.74 kg/L,浆体性能稳定,API滤失量不大于20 mL,静胶凝强度过渡时间短于10 min。由上述前置液、水泥浆和相关配套技术措施（如扶正器加放措施、注替方案设计）形成的固井技术,在Parahuacu油田5口井进行了应用,套管居中度达到85.8%,水泥浆环空顶替效率超过95.0%,储层区域未发生水泥浆漏失和边底水窜,固井质量优良。研究结果表明,Parahuacu油田固井技术现场应用效果显著,能解决该油田油层固井中存在的问题。      

安棚碱井固井技术

安棚区块碱井固井水泥浆胶结不好,水泥浆易漏失造成固井质量较差、水泥返高不够等问题。通过对固井技术研究、室内实验和现场施工应用,优选出了适用碱井固井的水泥浆体系和固井工艺,较好地解决了碱井井径不规则、碱对水泥浆污染、碱井水泥浆返高不够等问题,有效地提高了碱井固井质量,延长了碱井开采寿命。     

CemCRETE水泥浆固井技术概述

近年来,国外固井水泥浆体系发展很快,并逐步形成了系列化的产品。介绍了LiteCRETE低密度水泥浆、LiteCRETECBM煤层气固井水泥浆、DensCRETE高密度水泥浆、DeepCRETE深水水泥浆、寒地LiteCRETE水泥浆及SqueezeCRETE挤水泥用水泥浆几种不同的水泥浆体系及其应用情况。上述水泥浆体系较好地解决了提高低压易漏长封固段固井、易受伤害低压煤层气井固井、高压油气井固井、深水低温井固井、寒地低温井固井及补救挤水泥的成功率的问题,对提高中国复杂井的固井成功率及下一步开展有针对性的固井技术研究工作具有较好的借鉴意义。