低压易漏深井大温差低密度水泥浆体系

针对塔中低压深井长封固段大温差固井面临的低密度水泥浆高温稳定性差、易漏失、返出井口后长时间无强度等固井技术难题,开展了密度 1.20~1.60 g/cm3大温差低密度水泥浆体系研究。从抗压、抗剪切性能、颗粒形态等方面对漂珠进行优选;基于颗粒级配原理,从提高水泥浆稳定性和抗压强度出发对减轻剂、填充剂、超细材料进行优选及合理组配,结合缓凝剂和降失水剂之间的协同作用,设计出一套长封固段大温差低密度水泥浆体系。实验结果表明:该低密度水泥浆体系流变性好,失水低,模拟工况条件下,水泥浆上下密度差小于 0.02 g/cm3,稠化时间和强度发展满足施工要求,能满足温差 70~120 ℃、一次性封固 6 000 m左右的固井需要。     

高强低密度水泥浆体系的研究

常用的低密度水泥浆在更低的密度条件下已不能满足固井施工的要求.因此结合低密度高强度水泥浆技术以及XF降失水剂水泥浆技术,进行了超低密度水泥浆的研究.研制出的高强超低密度水泥浆,使用密度范围为1.0～1.3 g/cm3,适用温度范围广泛,具有水泥浆稳定性好、抗压强度高、渗透率低、防气窜能力强、失水量易控制等特点,满足了低压易漏、气体钻井以及欠平衡钻井的固井要求,达到了防漏、防窜、降低成本、实现长封固段固井,简化施工工艺等目的.     

高强度超低密度水泥浆体系实验研究

国内外利用颗粒级配和紧密堆积理论研究开发了1.20～1.65 kg/L的低密度水泥浆体系,解决了固井中的许多技术难题.但是,对于密度为1.15～1.30 kg/L的超低密度水泥浆体系还缺乏系统的研究.以最紧密堆积和颗粒级配理论为依据,建立了最佳模型,精选出了以G级水泥、微细水泥、空心微珠和玻璃微珠为主体的四级颗粒级配系统,配合适量的激活剂研究出了密度为1.15～1.30 kg/L的超低密度水泥浆体系,并率先在实验室模拟出了超低密度水泥浆返至地面的室温候凝施工过程.解决了低密度水泥浆体系的稳定性和高早期强度等难题,具有良好的性能和现场推广应用价值.     

中空玻璃微球超低密度水泥浆体系评价与应用

根据颗粒级配理论,优选中空玻璃微球（HGS）为减轻剂,开发研制出超低密度水泥浆体系,解决了常规超低密度水泥浆体系存在的如水泥石强度发展缓慢、水泥浆稳定性差、失水难以控制等问题,填补了国内1.00 g/cm3以下超低密度水泥浆体系的空白。室内实验和现场应用证明:该体系的沉降稳定性好、抗压强度高、失水小、流变性能好,能有效防止气窜,稠化时间可调且过渡时间短,一二界面固井质量良好。     

1.15 g/cm3超低密度水泥浆的研究与应用

针对鄂北工区低压、易漏失地层的固井难题,中原固井公司通过研发轻质水泥,优选高强空心玻璃微珠减轻材料,与超细微硅进行级配,建立三级级配模型,确立了超低密度设计构架。选用AMPS类降失水剂、低密度增强剂、早强剂、缓凝剂等外加剂优化浆体性能,研究出一套高强度超低密度水泥浆配方,该水泥浆适用温度为60~120℃,密度为1.15 g/cm3,失水量为40~42 mL,游离液量不大于1.0%,稳定性密度差为0,300 min内稠化时间可调,呈直角稠化;常压40℃下72 h水泥石抗压强度为12.1 MPa,满足现场施工需求。开展混拌工艺研究,建立了分级混拌工艺,混拌大样与小样水泥浆性能符合率达到了98%,保证了水泥浆性能的稳定。通过在鄂北大牛地区块D12-P42、D17-2及DK13-FP1井等3口井的应用,固井过程中没有发生漏失,固井质量合格率为100%,实现了井筒的完整性,为低压易漏地层固井提供了技术支撑。      

超低密度水泥浆的粒度级配模型及应用研究

针对超低密度水泥浆设计中强度较低、发展缓慢、稳定性较差等问题,结合实际工程情况,利用颗粒级配原理建立两种颗粒级配模型,并结合该两种颗粒级配模型通过实验室研究优选减轻材料和添加剂。实现了以石英砂,粗、细两种粉煤灰,空心微珠和微硅充填的四级颗粒级配减轻材料。进行了密度为1.10 g/cm3和1.30 g/cm3的低密度水泥浆的实验优化,并进行了温度120℃~150℃下的稠化实验。实验室研究结果表明,该浆体的综合性能较好,稠化时间可调,这说明采用该两种颗粒级配模型结合配制低密度水泥浆体系实验设计的可靠性与实用性。     

0.9 g/cm3超低密度水泥浆体系室内研究

通过分析固井施工对超低密度水泥浆的要求,针对现阶段超低密度水泥浆面临的挑战,优选使用C级水泥和降失水剂C-FL712L,以及高性能增强材料C-BT5得到了一种超低密度水泥浆,并对该水泥浆的综合性能进行评价。评价结果表明,构建的0.9～1.1 g/cm3超低密度水泥浆综合性能良好,浆体稳定性高、上下密度差可控制在0.05 g/cm3以内,稠化时间可调,60℃抗压强度达到7 MPa以上,静胶凝强度发展较快,有较好的防气窜功能,适用的压力范围大,满足固井工程应用要求,可以在低压易漏油藏及超长封固段井的固井施工中推广应用。      

恒密度超低密度水泥浆室内研究

为了克服漂珠低密度水泥浆在密度超低时强度不高及在高压下密度上升而泡沫水泥浆密度随压力增大而增加很快的缺点，通过室内实验，根据粒度级配原理，采用特殊玻璃微珠为主要减轻材料，辅以其它硅质材料，研究出了密度接近于1．0g／cm^3的恒密度超低密度水泥浆并对其沉降稳定性、耐温能力和防窜性能进行了测试。结果表明，该水泥浆受压力影响很小，流变性能良好、强度高、失水易控制，尤其是当使用发气型防窜剂时的防窜性好，可用于超低压易漏、易窜条件下的固井。     

超低密度水泥浆体系设计和研究

欠平衡钻井的发展和某些低破裂压力地层要求固井水泥浆密度低于1.20 g/cm^3,有些甚至要求水泥浆密度低于1.00 g/cm^3。为此,引入了超低密度水泥浆的概念;分析了所使用的减轻材料选择依据,提出超低密度水泥浆设计原理,超低密度水泥浆密度可达0.96 g/cm^3;讨论了超低密度水泥浆稳定性、失水、强度等性能,并对超低密度水泥浆的综合性能进行了试验,结果表明其综合性能优良,可以满足各种固井工程的应用要求。     

优质高强低密度水泥浆体系的设计与应用

低压易漏地区的油气勘探开发对固井水泥浆密度提出了更高的要求,而常用的低密度水泥浆体系在更低的密度条件下已不能满足固井施工的基本要求.通过采用颗粒级配原理,优化低密度混合物中颗粒的粒度分布,提高体系的密实程度,使低密度水泥浆体系的强度和其它性能大幅度提高.依此原理设计的漂珠微硅低密度水泥浆体系性能如下:①密度范围为1.24～1.32 g/cm3;②密度为1.24 g/cm3时,50℃、24 h抗压强度达到14MPa,75℃强度超过16 MPa密度为1.29 g/em3时,50℃、24 h强度达到14 MPa,75℃强度超过17 MPa;③具有良好的流变性,较短的稠化过渡时间;④静胶凝强度发展形态较好,从48 Pa到240 Pa的过渡时间均小于20 min;⑤API失水量小;⑥超低密度水泥体系的强度已达到常规密度水泥体系的标准,其强度以及综合指标已远远超过普通低密度水泥浆体系.现场应用20多井次,取得了良好的效果.     

高温高性能低密度水泥浆的室内研究

针对高温、低压易漏以及封固段长等固井难点,开展了密度为1.2 g/cm<'3>长封固段高温水泥浆的研究.选择耐高压合成钠硼珠为减轻剂,基于紧密堆积理论设计高温低密度高性能水泥浆,开发出了配套的缓凝剂BCR-300S和降失水剂BCF-230L,并研究了耐高温低密度水泥浆的高温稳定性、流变性、水泥石在高温下的强度稳定性以及顶部强度发展情况.研究结果表明,含有钠硼珠的低密度水泥浆密度在高压下变化较小,高温下浆体稳定(≤0.05 g/cm<'3>);水泥浆在180 ℃下稠化时间和失水性能可调;水泥石在230 ℃下养护24 h强度达18 MPa,强度7d不衰退,并且水泥浆顶部强度发展较快.     

低密度水泥浆固井技术研究与应用

在压力系数低、易漏地层,特别是裂缝型、溶洞型碳酸盐岩地层固井中,采用密度为1.88 g/cm3左右的常规水泥浆固井,极易引起井漏,造成固井失败,固井质量不合格.根据紧密堆积理论,采用水泥 溧珠 微硅不同粒度的颗粒级配,研究出了低密度水泥浆体系.通过实验得出添加剂在不同密度下的干混最佳比例,从而达到了水泥浆低密度高强度的目的.该水泥浆在塔里木油田轮古地区20多口井中应用取得了很好的经济效益,特别是在井深6008.54 m的开窗侧钻水平井的ψ127 mm尾管固井中,水泥浆最低密度已达到1.20 g/cm3,固井质量全优.该水泥浆在固井中的密度在1.10～1.60 g/cm3范围内可调.     

HLC低密度高强度水泥浆体系的研究与应用

针对中原油田地层复杂,固井时易发生井漏的问题,研究开发出了HLC低密度高强度固井水泥浆体系.室内试验对减轻剂、增强增韧材料及其合理配伍性进行了优选,对用钻井液作配浆液的水泥浆性能进行了评价.结果表明,该水泥浆与钻井液有很好的相容性,能够有效提高二界面胶结质量;密度在1.55 g/cm3以上时,水泥石抗压强度均大于15 MPa;具有触变防漏作用,失水量小,对油气层污染小;水泥浆流变性、稳定性好,黏度低、动切力小,有利于提高顶替效率,还可用泥浆泵进行施工,固井操作简单,有利于环境保护和降低施工费用.HLC低密度高强度固井水泥浆的成功研发为封固低压、易漏层或长封固井段的固井提供了一种新方法.     

高强超低密度水泥浆体系研究

国内外利用颗粒级配和紧密堆积理论研究开发了1．20～1．65g／cm^3的低密度水泥浆体系,解决了固井中的技术难题,取得了比较满意的效果。随着勘探开发复杂古潜山油藏、海相碳酸岩盐裂缝油藏,保护油层、保护套管的需要,对水泥浆提出了更高的要求。特别是超深井、高温度、长封固、平衡压力固井施工,要求水泥浆超低密度、高强度、体积不收缩。目前,国内外还没有水泥浆密度低于1．10g／cm^3的超低密度体系的应用报道 。通过采用美国3M公司的高强低密度人造空心微珠,进行了超低密度水泥浆体系的试验,在水泥浆密度达到1．04～1.10g／cm^3时,依然具有较高的强度和较好的水泥浆性能,可以应用到超深井、超长封固的固井施工中.     

二连盆地低阶煤层超低密度水泥浆固井技术

为解决二连盆地低阶煤层常规低密度水泥浆固井漏失严重、返高低等难题,针对该煤矿区微裂缝较发育、岩层强度低导致承压能力低的特点,研发出一套超低密度水泥浆体系,配套使用的稳定增强材料解决了配制超低密水泥浆时易出现的微珠上浮、水泥下沉的分层离析现象,同时分析了水泥浆体系失水对煤储层的影响。该超低密度水泥浆的现场应用密度最低达1.06 g/cm3,流动度控制在19～20 cm,析水为0 mL,30℃稠化时间控制在1.5～4.5 h,API失水量小于50mL,24 h抗压强度大于3.5 MPa,72 h抗压强度大于6.0 MPa,综合性能优良。该超低密度水泥浆体系已在华北油田的二连盆地应用5井次,均实现了单级固井返至井口的要求,固井质量合格率为100%。      

低压漏失井固井水泥浆体系的研究

以紧密堆积和粒级级配理论为基础,研究出了性能较好的微硅-漂珠低密度水泥浆体系.实验选用60目(0.250 mm)漂珠作为减轻剂.该低密度水泥浆体系中加入堵漏材料形成了对孔道和缝隙具有较好封堵效果的堵漏低密度水泥浆体系,其基本配方为:嘉华G级水泥(JHG)+30%漂珠(PZ)+20%微硅(WG)+4.67%早强剂+2.8%降失水剂+1.67%减阻剂+70%水+0.4%堵漏材料(CDJ-2).经室内测试表明,该体系密度为1.38 g/cm3,API失水量为16 mL,48 h抗压强度为13.2 MPa,具有良好的堵漏效果.     

塑性低密度水泥浆体系的室内研究

利用颗粒级配技术、紧密堆积原理和纤维增韧技术原理,通过对减轻剂的粒度分析,优选漂珠、G级水泥、玻璃微珠、微细水泥以及微硅构成5级颗粒填充体系.设计出了一种密度为1.15～1.20 g/cm3的塑性低密度水泥浆.该水泥浆流动性能良好、稠度值适中、失水量小于50 mL、不沉降、无游离液、水泥石上下密度差小于0.05 g/cm3、24 h抗压强度大干9.5 MPa、48 h抗压强度大于12.5 MPa、稠化时间在240～360 min内可调、基本成直角稠化、抗冲击韧性较常规低密度水泥石提高15%左右,抗折强度提高了10%左右,弹性模量则下降了约20%.解决了长期困扰低密度水泥浆存在的浆体稳定性差、候凝时间长、早期强度低、水泥石易破碎等问题,对低压易漏地层长段封固具有重要意义.     

大温差低密度水泥浆体系在NP36-3804井的应用

NP36-3804井是新堡古2平台的一口开发井,钻井液密度为1.35 g/cm3,完钻井深为4 714 m,要求水泥浆一次性封固至地面,对水泥浆的稳定性和温度敏感性提出了更高的要求。通过实验,优选BXE-600S作减轻剂,其是一种根据颗粒级配理论配制的具有水化活性的水泥外掺料;用BCJ-310S作悬浮剂,其由无机材料与有机材料复合得到,其对混灰影响小;用AMPS多元共聚物BCG-200L防气窜剂,优选了耐高温、温度加量敏感性小、性能稳定的大温差缓凝剂BCR-260L,开发并使用了1.35和1.50 g/cm3的高强度低密度水泥浆体系。实践表明,该水泥浆体系流变性好,无游离液,密度差控制在0.03 g/cm3,API失水量在50 m L以内,稠化时间均满足施工要求,具有低温早强和水泥石抗压强度高等性能,能够满足封固生产套管的抗压强度要求。     

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文章以一种广泛应用的天然类火山灰为主要减轻材料，辅以其它硅质材料，根据粒度级配和优化原理，配合新开发的早强剂，设计出密度可在1.35～1.60 g/cm3范围内变化，适合低压易漏地层固井作业的新型低密度水泥浆体系。室内实验表明：该体系具有悬浮稳定性强、滤失量低、水泥石早期抗压强度较高、成本低廉、且浆体密度受压力影响较小等特点。克服了常规低密度水泥浆早期强度低和漂珠低密度水泥浆体系受压力影响较大的缺点，具有良好的工程应用前景。     

膨胀珍珠岩复合漂珠低密度水泥浆体系的应用研究

常用的低密度减轻材料漂珠产量较少、货源紧缺,单一的漂珠作为减轻剂导致生产成本高,因此优选了一种成本低、来源广的减轻材料-改性膨胀珍珠岩。提出在漂珠低密度水泥浆中复配部分改性膨胀珍珠岩的方案。室内实验评价结果表明,该体系密度在1.45 g/cm~3～1.60 g/cm~3可调,水泥浆具有良好的沉降稳定性、流变性,且失水量少、早期强度高等特点。对比同一密度下,采用部分改性膨胀珍珠岩复合漂珠的低密度水泥浆与单一的漂珠低密度水泥浆相比,在性能差别不大的情况下能有效的降低成本。该体系在现场应用6井次,固井电测解释表明,水泥浆返高能达到设计要求,而且固井质量优质,能够满足油气层段开采需求。