稠油热采井固井低密度水泥浆体系研究与应用

目前海上稠油井注入蒸汽温度在350℃左右,多个注采周期后,若水泥石抗高温能力不足,封固水泥石会发生强度衰减,尤其是低密度水泥浆性能不佳,会导致水泥石完整性被破坏、密封失效、套管损坏、油井出砂等,多个问题随着井口上窜的蒸汽一起爆发.针对热采井固井作业,低密度水泥浆在350℃环境下的长期稳定性,对于稠油热采井封固质量的保障...     

超细"G"级油井水泥低温低密度水泥浆研究

针对海洋深水低温、破裂压力低等特点,通常要采用低密度水泥浆来封固深水表层;低温环境下普通"G"级油井水泥水化速度缓慢或几乎不进行水化反应,水泥石早期抗压强度低且发展缓慢。为有效降低现场候凝时间,节约深水作业成本,开发了一套适用于深水表层固井用超细"G"级水泥用低温低密度水泥浆。对水泥浆体系的设计原理与水泥浆组分进行了论述,并对该水泥浆体系在深水环境下的性能进行了评价,和中海油服现场在用的普通"G"级油井硅酸盐水泥浆体系进行了对比。结果表明,超细"G"级水泥低温低密度水泥浆体系在低温环境下具有较高早期强度、低失水量以及良好的流变性和稠化性能,其中密度为1.40g/cm~3及1.44g/cm~3的水泥浆在10～13℃温度下的稠化时间≥8hr,API失水70m L,1.40g/cm~3水泥石在10℃及13℃温度下养护24h后的抗压强度可达到3.9MPa及5.4MPa;1.44g/cm~3水泥石在10℃及13℃温度下养护24h后的抗压强度可达到5.8MPa及8.3MPa。同等水泥石密度及温度下,超细"G"级水泥石24h强度较中海油服在用的普通"G"级油井硅酸盐水泥石强度提高40%以上。     

含浅层气井稠油热采固井技术难点与对策

渤海湾旅大C油田地下稠油储量规模较大,其馆陶组西块是国内海上首个稠油规模化热采示范区块.针对该区块地质条件复杂、浅层气发育、地层承压弱且断层多、漏失严重、水泥石抗高温性能不足等一系列难题,采用颗粒级配技术,室内研究形成了满足抗350℃高温的热采水泥浆体系配方,经过配套的固井工艺优化措施,成功指导了旅大C油田10井次的现场施工作业,固井后测声幅质量平均合格率达到89.1％,有效封固了浅层气层,降低了漏失风险,保证了热采井固井质量.     

抗高温低密度水泥浆体系研究与应用

为解决低密度水泥浆高温强度低、减轻材料承压能力不高、低密度水泥浆配浆困难等难题,研制了低密度增强材料DRA-2S、优选了耐压105 MPa的高性能空心玻璃微珠、聚羧酸分散剂DRS-2S及其他配套抗高温水泥外加剂,开发了抗高温低密度固井水泥浆体系。研究结果表明,该水泥浆能够满足循环温度150℃、井底静止温度180℃、耐压105 MPa的固井要求,顶部127℃静胶凝13.3 h起强度,24 h抗压强度12.4 MPa。开发的抗高温低密度水泥浆在西南油气田高温探井ZJ2井Ф127 mm尾管固井成功应用,固井质量合格率96.7%,为西南油气田高温易漏失复杂深井勘探开发提供了固井技术支撑。     

铝酸盐水泥在热采井固井中的应用

对当前辽河油田稠油热采井在用的G级加砂水泥浆体系进行了评价,重点考察了水泥石的耐高温性能。结果表明,其高温稳定性不能满足稠油热采井需要。为解决此问题,利用铝酸盐水泥耐高温特性研制出铝酸盐水泥浆配方,该配方室内各项工程性能满足施工要求,耐高温性能良好。对该体系在现场应用过程中出现的问题进行了分析,提出了相应的解决方案。     

耐高温低密度油井水泥的研究及应用

根据国内油田低压浅层稠油热采井固井需求,研制开发了一种新型耐高温低密度油井水泥。该水泥由基础熟料和天然非晶态硅质材料组成,在不同地层温度(18～75℃)范围内,其密度可在1 37～1 53g/cm3之间调节,48h抗压强度大于10MPa,高温(300℃)水热条件下7d的抗压强度不衰退,其综合工程性能满足浅层稠油井固井技术要求。190口井的现场应用结果表明:该水泥具有施工工艺简单,造浆率高,抗高温性能优异等特性,可显著提高低压浅层稠油热采井的固井质量和原油产量。     

长效抗高温水泥浆在排601区块稠油热采井的应用

新春采油厂排601区块油藏埋深450～600m,为受构造控制的岩性稠油油藏。针对该区块稠油热采井存在的技术难题,根据紧密堆积理论、颗粒级配原理以及低温活性材料复配技术,研制出了由增强料ZQL-1、增强剂ZQJ-1以及其他水泥外加剂组成的抗高温长效固井水泥浆体系。该水泥浆体系在低温下具有流变性好、API失水小、稠化时间可调等特点,水泥石具有抗高温强度衰退性能,该水泥浆在该油田已成功固井7井次,测井结果表明,有效提高了固井质量。     

低密度水泥浆体系研究

常规的漂珠低密度水泥浆在有些高强度的要求下已不能满足固井施工要求,因此选择3M玻璃微珠为减轻剂,可以配制出密度在1.20~1.40g/cm3的低密度水泥浆体系。经研究该体系抗压强度高,并且高温下强度不衰退,流动性好,具有较高的稳定性,失水易于控制等特点,可以满足低压易漏以及欠平衡钻井的固井要求。     

一种应用于热采井的韧性水泥的研制与应用

为了使水泥环在稠油热采条件下保持稳定,研制了一种韧性水泥浆体系。体系中添加了具有耐温性、抗疲劳、耐腐蚀性好的聚醚醚酮。该体系具有良好的高温稳定性。室内实验及现场应用表明,该体系在高温条件下可以长期保持其韧性。在300℃的条件下水泥石的弹性、抗压强度、渗透率均能满足油井生产的需求。     

抗高温弹性固井水泥浆体系研究

为解决高温下水泥环完整性保障问题,根据高温复杂井对固井水泥浆体系要求,研究高温降失水剂、高温缓凝剂和抗高温弹性剂调节水泥浆的失水量、稠化时间和弹性模量,并构建了高温弹性水泥浆体系,对其性能进行评价。结果表明,研究的高温降失水剂HRW-4、高温缓凝剂HRT和高温弹性剂能有效调节水泥浆体系的各项性能,构建的水泥浆体系流变性满足固井施工要求,失水量33mL,稠化时间3～5h之间,抗压强度20 MPa以上且力学性能高温稳定性好,弹性模量低,有助于保障高温环境下水泥环完整性。     

废弃玻璃粉对水泥石高温抗压强度和微观结构的影响

废弃玻璃粉作为一种高SiO₂含量的固体废弃物,可以有效防止油井水泥石在高温下的强度衰退,从而提升深井、超深井固井水泥环长期封隔完整性。本文研究了150 ℃、21 MPa下,不同粒径废弃玻璃粉对水泥石抗压强度、渗透率和微观结构的影响。结果表明:150 ℃、21 MPa下净浆水泥石180 d抗压强度为8.57 MPa,较1 d衰退76.04%;掺入废弃玻璃粉可以提高水泥石抗压强度的长期稳定性,在内掺40%(质量分数)粒径为45 μm的废弃玻璃粉情况下,水泥石在180 d时抗压强度为31.85 MPa,较1 d仅衰退3.95%,渗透率为1.28×10^-2 mD,较1 d降低16.88%;掺入废弃玻璃粉改变了水泥石150 ℃、21 MPa下的物相组成,净浆水泥石的主要结晶相为氢氧化钙和水硅钙石,掺入不同粒径废弃玻璃粉的水泥石主要结晶相为硬硅钙石和托贝莫来石;内掺40%粒径为45 μm的废弃玻璃粉的水泥石中托贝莫来石晶粒尺寸稳定;随龄期增加,净浆水泥石孔结构向大孔径发展,内掺40%粒径为45 μm的废弃玻璃粉的水泥石的孔结构更加致密,180 d内各龄期均以凝胶孔为主。     

多源石墨固废制备电热板材配方试验研究

为了提高石墨固废利用率,本文以石墨开采废石为细骨料,添加球形石墨尾料以及不同质量分数的废石石粉进行电热板材配方试验,探究了石墨开采废石取代量、石粉掺量对电热板材性能的影响。结果表明：在100%(质量分数)使用石墨开采废石作为细骨料时,养护28 d的水泥板材抗折强度及抗压强度分别达到11.09 MPa和50.90 MPa,虽然略低于使用标准砂的水泥板材的强度指标,但是仍可满足相关要求,说明石墨开采废石可以作为细骨料使用;在废石石粉掺量为7%(质量分数)时,电热板材的抗折强度和抗压强度最高分别达到6.21 MPa和33.00 MPa,虽然强度有所降低,但是仍可满足低强度板材的要求;在球形石墨尾料掺量为9%(质量分数)时,电热板材体积电阻率为1.94Ω·m,发热温度为71℃,具有良好的电热效果。     

抗H_2S腐蚀外掺料在油井水泥中的研究

为改善油井水泥石抗H2S腐蚀能力,研究了外掺料FB和CB(铁族化合物)对油井水泥抗腐蚀性能的影响。通过对腐蚀前后水泥石抗压强度、渗透率、孔结构(MIP法)等性能的测试和水泥石样品的微观形貌及腐蚀产物成分分析,评价两种外掺料对油井水泥石的抗腐蚀性能的影响。结果表明:80℃下,H2S溶液腐蚀养护至28d,FB掺量为10%时,抗压强度达26.52MPa,比净浆水泥石提高35.6%,CB掺量为3%时,达29.86MPa,比净浆水泥石提高52.7%;FB和CB的掺入能有效降低水泥石有害孔(100nm)比例,且孔径分布趋于无害孔(50nm);FB和CB的掺量为10%时水泥石在7MPa驱替压力下的渗透率为零(原浆水泥石为0.96×10-3μm2)。FB和CB的掺入有利于水泥石抗H2S腐蚀能力的提高。     

高温条件下G级油井水泥原浆及加砂水泥的水化和硬化

利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了80～240℃温度范围内温度、硅砂对G级油井水泥水化硬化的影响,检测和分析了硬化体的水化产物、微观结构和强度,揭示了水化产物组成、微观结构及硬化体抗压强度的变化特点.结果表明:当养护温度超过110℃时,不添加硅砂的水泥原浆的主要水化产物由CSH(Ⅱ),C2SH2,C3S2H3转变为C2SH,硬化体微观结构由三维网络状结构转变为板快状或团块状结构,原浆水泥石抗压强度随温度升高而降低;在相对较高的温度条件下,添加硅砂的水泥主要水化产物则分别转变为C5S6H5,C6S6H(>150℃),C5S5A0.5H5.5,C3.2S2H0.8及其他类型的水化硅酸钙晶体,硬化体的微观结构相应地变为纤维网状、粗框架、短平行针状及团块状,在温度为100～150℃范围时,添加硅砂的水泥硬化体抗压强度随温度升高而增加,而在温度为150～240℃范围时.抗压强度随温度升高而降低.对于温度超过120℃的深井,合理的硅砂加量为30%～40%.     

二氧化碳对油井水泥石的腐蚀

在分析二氧碳(CO2)腐蚀水泥的化学作用过程的基础上,测量和分析了腐蚀水泥石的微观结构、抗压强度及渗透率.结果表明:CO2对水泥产生腐蚀作用的本质在于CO2能够与水泥的水化产物相作用生成各种不同晶体结构的CaCO3,破坏了水泥石的原有产物组成及结构,导致腐蚀后水泥石的抗压强度下降,渗透率增大.温度、CO2分压增高,腐蚀水泥石抗压强度降低,渗透率增大.添加抗腐蚀填充材料的水泥浆腐蚀后初期抗压强度有所降低,后期抗压强度具有不下降或上升趋势.实验设计的6号水泥浆具有较好的抗腐蚀效果.     

调整井固井用聚合物型抗水侵材料的制备及其性能评价

针对调整井固井时水侵导致的环空窜流问题,本文以AMPS、AM、AA和SA为原料,通过自由基胶束聚合法制备一种水溶性疏水缔合聚合物AAAS来增强固井水泥浆的抗水侵能力,改善水泥浆的防窜能力,以提高该类井的固井质量。利用红外、核磁、扫描电镜及凝胶渗透色谱等手段对AAAS进行了微观分析表征,并对AAAS水泥浆体系的抗水侵性能及基本工程性能进行了评价,结果表明AAAS可明显提高水泥浆体的抗水侵能力,较之于空白水泥浆水侵后0.3MPa的窜通压力,加量为0.9%AAAS的水泥浆体系,其水侵后的窜通压力提高达到了6.9MPa,大幅度提高了水泥浆的防窜能力,且14天抗折强度为8.2MPa,抗压强度为31.5MPa,能够满足调整井固井水泥环长期封固的需要。因此,AAAS在调整井固井工程抗水侵和防窜中具有良好的应用前景。     

活性粉末混凝土抗压强度试验研究

通过立方体抗压强度试验研究了活性粉末混凝土的受压破坏过程,并通过单因素对比试验研究了水胶比、石英粉、粉煤灰、纤维掺量和养护条件对活性粉末混凝土抗压强度的不同影响,并对低水胶下获得超高强度的原理进行深入分析;配制出了7d龄期常温养护条件下达105MPa和高温蒸汽养护条件下达193MPa的活性粉末混凝土.     

Preparation of a high-temperature-resistant lightening agent and its application in a cement slurry system

With an organic–inorganic polymer lightening material (EL) based on epoxy resin and an aromatic amine curing agent, through addition reaction, we synthesized an epoxy-cured resin coupled with an inorganic activation filler, microsilicon. First, epoxy resin bisphenol A 2-glycidyl ether (E-51) and the curing agent, m-phenylenediamine, were selected as the materials for the epoxy-curing system. The thermal stability of the epoxy-cured compound (EM) was studied by differential scanning calorimetry and thermogravimetric analysis. The glass-transition temperature (T _g) of EM reached 131 °C, and the results show that T _g and the thermal stability was raised when EM was kept at 150 °C for 12 h. Second, the inorganic active filler was modified with a titanate coupling agent and characterized by contact angle measurement and Fourier transform infrared spectroscopy, and the results show that the titanate coupling agent was successfully applied to the modification of the inorganic active filler. Finally, the performance of EL in a cement slurry system was also studied. The macroscopic data showed that the compressive strength of the cement stone increased from 8.6 MPa for the EM cement stone system to 13.2 MPa for the EL cement stone system. © 2018 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2019 , 136, 136, 47292.     

一种新型缓凝剂的制备及其在水泥基复合材料中的应用

针对目前固井使用的缓凝剂存在的热稳定性能不好、异常胶凝现象（结块）、水泥石抗压强度减弱、水泥浆综合性能欠佳等问题,通过水溶液自由基聚合,研制了一种新型高温缓凝剂GWR-1,并对其热稳定性能进行了评价,同时,对加入4种缓凝剂GWR-1、GWH-1、HX-400、DRH-200L的水泥浆异常胶凝现象和综合性能做了比较。微观结构分析表明：各单体参与了反应,分子量分布较为均一,分子结构高温下稳定,GWR-1的热稳定性可达350℃。GWR-1在硅酸盐水泥基复合材料中应用性能测试结果表明：加入GWR-1水泥浆的稠化温度可达160℃,高温时加量不敏感,高温抗盐性能较好,加入GWR-1的水泥浆在150℃不会发生异常胶凝现象,且其硅酸盐水泥石的强度发展良好,低密度和高密度的水泥浆的综合性能优于加入其他3种缓凝剂的水泥浆。     

高温碳化养护对干硬性水泥净浆强度及微观性能的影响

碳化养护可在加快水泥制品早期强度发展的同时固定二氧化碳,因此已引起国内外学者的广泛关注,然而,高温对碳化养护进程的影响却未见报道。本文选用5个温度(20 ℃、100 ℃、120 ℃、140 ℃、160 ℃)对干硬性水泥净浆进行碳化养护,探究了抗压强度随碳化温度的变化规律,并结合热重分析、X-射线衍射、红外光谱及扫描电镜等方法对碳化养护后样品的微观性能进行表征。结果表明:抗压强度及碳化程度随温度的升高表现出先增加后趋于平缓的趋势,碳化温度为140 ℃的试件相比碳化温度为20 ℃的试件抗压强度增长近4倍,表明高温碳化是加速养护的有效措施,适当的高温可以蒸发部分自由水,有利于碳化反应进行。此外,高温碳化养护生成了高聚合程度的无定形硅胶和三种不同晶型的碳酸钙(CaCO₃),其中文石和球霰石所占比例相比于常温碳化有所上升。