微硅漂珠复合低密度水泥体系的探讨

低密度水泥是解决低压易漏井固井水泥浆漏失的主要途径。研究了微硅漂珠复合低密度水泥体系,分析了该水泥体系的作用机理,并对微硅漂珠复合低密度水泥体系的水灰比与密度的关系、水泥浆配方、流变性、沉降稳定性等性能进行了评价。结果表明,微硅漂珠复合低密度水泥浆体系强度高、滤失量低、自由水含量低及稳定性能好,水泥浆密度为1.30—1.33 g/cm~3。微硅漂珠复合低密度水泥体系克服了漂珠低密度水泥和微硅低密度水泥的缺点,满足了定向井和水平井施工作业对水泥浆的要求。     

颗粒级配增强低密度油井水泥的实验研究

基于颗粒级配增强原理,设计了以漂珠、水泥颗粒、微硅颗粒和自制的颗粒级配增强外掺料为主构成的四元体级配体系,并研制了与之配套的早强增韧剂。试验结果表明,筛选确定的漂珠、微硅颗粒和自制的颗粒粒径分布合理,所设计的四元体级配体系确实可行,与早强增韧剂配合使用,可显著提高漂珠微硅类低密度水泥石的综合强度、水泥浆的稳定性和防窜能力,与其它常用外加剂也有良好的配伍性。研究结果对油井水泥体系的研制与应用具有普遍的指导意义。     

微硅-漂珠复合低密度水泥浆体系在松南地区的应用研究

根据颗粒级配原理优化了水泥、微硅和漂珠的分布,研制出了微硅-漂珠复合低密度水泥浆体系,该体系具有流变性好、稠化时间及稠化过渡时间短、静胶凝过渡时间短等特点.在松南地区4口井的应用证明,该水泥浆体系适合松南地区的地质特点,能满足该地区的固井要求,固井优质率达95%,社会效益和经济效益非常显著.     

超低密度高强度水泥浆体系的研究

以颗粒级配原理和紧密堆积理论为理论依据,以嘉华G级高抗硫油井水泥、漂珠和微硅等为基本原料,通过复配水泥、漂珠、微硅等不同粒径的微细颗粒,配制出密度为1．10-1．50g／cm^3的超低密度水泥浆体系,使该水泥浆体系具有密度可调范围广、稳定性高、流动性好、水泥石体积无收缩、抗压强度高、抗高温性能稳定、渗透率低等优点,为低压易漏失井、煤层气井以及浅层油气井等的成功固井施工提供了保障,并具有良好的经济效益和环保效益。     

DFC非漂珠低密度水泥浆体系实验研究

常规漂珠的批量生产受到限制，且漂珠低密度水泥存在高压体积收缩等问题，为此，进行了非漂珠低密度水泥浆体系研究。以颗粒的合理级配及紧密堆积为理论基础，通过水泥石抗压强度、水泥浆沉降稳定性及超声波实验优选了FC-1、FC-2、FC-3及FC-4低密度水泥外掺料，并通过合理的外掺料配比及优选低密度水泥浆配套外加剂进行失水、水泥浆稠化及地面模拟等试验，研制出密度为1.40～1.50 g/cm3的DFC非漂珠低密度水泥浆体系，该体系具有高强度、抗高温衰退等特点，能够替代普通漂珠低密度水泥浆在油井固井中应用，其整体性能满足油田固井及后期开发的需要。地面模拟试验表明，常规的干混设备能够满足该体系的均匀混拌需求，该体系具有良好的施工可行性。     

高强增塑低密度水泥浆体系研究

常用的低密度水泥浆体系在低压易漏地区固井存在强度低的缺陷,油气勘探开发对低密度水泥浆体系提出了更高的要求。研究开发了以漂珠、水泥颗粒、微硅颗粒和颗粒级配增强剂为主构成的4级颗粒填充结构及与之配套的增韧复合纤维构成的高强增塑低密度水泥浆体系,对水泥石强度、水泥环抗冲击能力、水泥浆性能、浆体稳定性进行了室内实验。实验结果表明,水泥浆具有流变性能好、失水量小、稠化过渡时间短的优点,可显著提高低密度水泥石的综合强度、水泥浆的稳定性和防窜能力,与其他外加剂也有良好的配伍性。在胜利油田及川东北地区进行了现场应用,效果良好,为解决当前低压易漏井的固井问题提供了一个可行的途径。     

微细水泥／漂珠低密度水泥浆体系的研制

利用颗粒级配和紧密堆积理论，制备了密度为1．20～1．30g/cm^3的微细水泥／漂珠低密度水泥浆体系。确定了其最佳配方：微细水泥与G级油井水泥质量比为1：1，微硅加量6．0％，降失水剂SZ1—2加量1．5％，早强剂CK21加量2．0％，分散剂SXY加量1．4％，漂珠加量30%-60％，空心玻璃珠加量10％～20％，水灰比0．58—0．62。在50℃下，考察了该低密度水泥浆的抗压强度、失水性、流变性等，结果表明，该体系具有早期强度高、稳定性好、稠化时间可调等优点，适用于低压易漏地层及超长封固段的固井施工。     

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.     

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.     

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。     

低密度水泥浆体系的制备和室内性能评价

为改善固井质量,解决低压易漏井固井水泥浆漏失和对油气层的伤害,研制出一种漂珠微硅复合低密度水泥浆体系。确定了此水泥浆体系的最佳配方:漂珠加量90 g,微硅加量30 g,降失水剂加量1.7%,分散剂加量1.3%,早强剂CSA-1加量1.4%,消泡剂Fry加量0.2%。室内研究结果表明,当电压为7 V时,该水泥浆体系的稠度为27 BC,稠化时间为170 min(稠化时间较短);流动指数n为0.553,API失水量为90.0 mL,游离液含量仅为0.1 mL,24 h抗压强度为15.08 MPa,可满足低压易漏及欠平衡钻井的固井要求。     

深井高温抗二氧化碳腐蚀水泥浆体系设计与优选

以分析高温条件下CO2腐蚀水泥作用过程为基础,研究了腐蚀条件对腐蚀深度的影响规律,分析了腐蚀深度对水泥石强度降低率的影响特点,对水泥浆体系基本组成进行了优选。结果表明,腐蚀深度随温度、CO2分压、腐蚀时间的增加而增加,分别近似存在对数、线性、平方根的关系,据此建立了腐蚀深度预测模型;不添加抗腐蚀填充材料(RCTM)的水泥浆,腐蚀后水泥石强度降低率随腐蚀深度的增加呈增加趋势,添加RCTM的水泥浆,水泥石抗压强度降低率在腐蚀初期随腐蚀深度增加有上升趋势,腐蚀后期有下降趋势。通过合理设计体系组成,改善水泥石微观结构提高原始强度,能有效提高水泥石抗腐蚀能力。本文设计的6#体系适用于大庆油田120～150℃的深井固井。     

胜坨地区高密度水泥浆体系的设计与应用

针对胜坨地区油气井原始地层压力高,固井作业时易发生气窜等问题,进行了高密度抗盐水泥浆体系研究。应用紧密堆积和颗粒级配原理,使用微硅与铁矿粉进行颗粒级配,并优选了铁矿粉和沃尔德的外加剂,配制出高性能的高密度水泥浆体系。对该水泥浆的稳定性、稠化时间、防气窜性能、流变性能进行了室内评价,试验表明,该体系在较大温度范围内具有浆体沉降稳定性好、密度在1.90~2.60 g/cm3范围内可调、游离液为零、流变性好、失水量小、强度高、稠化时间可调等特点,而且具有良好的防气窜性能。该高密度水泥浆体系已成功应用于胜坨地区坨720等井以及胜利油田、新疆等高压油气层地区固井作业中,现场应用表明,该体系的流变性能、初始稠度、失水量、稠化时间、抗压强度等指标均能满足施工要求,固井质量优良,可进一步推广应用。     

治理环空带压的密封剂的研制与评价

针对传统水泥基材料含有固体颗粒,难以挤入并封堵,导致环空带压的水泥环微裂缝问题。以复合树脂为主要成分,通过调节固化引发剂加量控制凝固时间,优选降黏剂提高其流动性和渗透性,研制出一种无固相可室温固化的密封剂,并开展了水泥环-套管系统模拟密封剂封堵实验。由此可知,根据环境温度及固化引发剂不同,密封剂凝结时间可在1.25～20 h内调节;流动性好,黏度低至60 mPa·s;密度可由1.02 g/cm3调至1.25 g/cm3;机械性能良好,24 h抗压强度不小于18 MPa,最高可达53 MPa;水泥环-套管系统模拟密封剂封堵实验表明,密封剂治理环空带压效果良好,干燥环境下候凝24 h后可消除6 MPa以内的环空带压,潮湿环境下候凝24 h后可治理3 MPa以内的环空带压,在多种条件下提高了水泥环-套管环空密封性,可有效治理环空带压问题。      

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。     

耐高温高压超高密度水泥石力学性能

准噶尔南缘区块是新疆油田增储上产的重点区块,井深6000～8000 m,预测井底温度为160 ℃,井底压力为170 MPa,属于典型的“三超”井。在该井区耐高温高压超高密度水泥浆基本性能的基础上,针对高温高压下超高密度水泥石的力学性能进行了研究。重点结合井下实际强度发育情况和实验室内强度发育结果吻合度相差较大的情况,按照该井区耐高温高压超高密度水泥浆体系配方,在120和160 ℃下,分别模拟井下实际压力和GB/T 19139—2012中要求的20.7 MPa压力下进行水泥试块的制备,开展常温抗压强度、抗折强度、单轴压缩实验以及井下温度下的三轴压缩实验,探究压力对超高密度水泥石抗压强度、抗折强度的影响以及试块的变形、破坏模式等力学特征。实验结果表明,压力是超高密度水泥石早期强度发展的关键因素之一;随着养护压力的增加,超高密度水泥试块的顶部抗压强度增加61.53%、底部抗压强度增加了120%;顶部抗折强度增加了65.2%,底部抗折强度增加了62.8%;常温下单轴压缩实验水泥石表现出明显的弹脆特性,在20.7 MPa下养护后试块端部出现明显破损,随着养护压力的增加,试块的峰值应力和弹性模量增加,抵抗变形破坏的能力增强;高温下的三轴压缩实验表明,超高密度水泥石的各项力学参数比单轴情况下均有较大提高,试块的变形均以轴向压缩变形为主,未形成明显的宏观裂纹,体现出良好的抵抗破坏变形的能力,更加接近线弹性-理想塑性材料。建议室内实验检测和模拟方法应充分考虑实际井况条件对水泥石力学性能的影响。      

深水深井高温高压水泥石固化养护及制备方法研究

深水深井面临超深、超高温超高压、复杂储层等特殊地质条件,对固井水泥石的综合力学性能提出了更高要求,急需适用于高温高压工况的水泥石固化养护及制备方法,从而准确可靠地评价和优化水泥浆体系。设计并建立了高温高压水泥浆固化养护装置及水泥石制备方法,精准模拟了深水深井高温高压(150 MPa、250 ℃)工况水泥浆固化养护过程,分析对比了不同温度、压力条件下所制备水泥石的单轴抗压强度、抗拉强度等力学性能。结果表明:所建立的高温高压工况水泥石固化养护及制备方法可准确模拟深水深井高温高压井筒工况条件,同时高温高压条件亦可充分发挥水泥浆体系助剂的性能优势,测试发现运用该方法制备的水泥石与常规方法制备的水泥石在抗压强度、抗拉强度等力学性能方面存在显著差异。该方法的提出有利于促进深水深井高温高压水泥浆体系固化养护和水泥石制备技术的发展,为固井水泥浆体系配方优化提供实验方法和技术支撑。     

低温下物理和化学激发对矿渣活性的影响研究

低温条件下矿渣活性低、水化慢。为提高低温下矿渣的活性,通过室内试验,测试了物理粉磨对矿渣粒径分布和矿渣水泥石强度的影响、化学激发剂对矿渣水泥石强度的影响,研究了物理激发和化学激发对矿渣活性的影响。研究表明,粉磨后矿渣的比表面积由0.718 m2/cm3增大到2.181 m2/cm3,水泥石在10 ℃温度下养护24 h的抗压强度由0 MPa增至6.6 MPa;随着化学激发剂 JFJ-1 加量的增加,矿渣水泥的抗压强度先增大后减小,JFJ-1 的最优加量为4%。养护温度为10 ℃时,采用矿渣配制的密度为1.30 kg/L的低密度矿渣水泥浆体系养护24 h后的水泥石强度达6.8 MPa,渗透率0.014 5 mD。而相同的养护温度下,密度为1.92 kg/L的G级水泥浆养护24 h后的水泥石强度为1 MPa,渗透率为0.044 2 mD。由此可知,物理粉磨及化学激发剂对矿渣的活性均有较好的提高效果。      

用多功能钻井液设计超低密度矿渣水泥浆

本文针对陕甘宁盆地中部低渗透天然气田低压易漏地层二级固井中存在的问题，利用高炉矿渣、漂珠的潜在活性及比重较小的特点，结合多功能钻井液固井技术的优点，用多功能钻井液设计超低密度（１２０ｇ／ｃｍ３～１４０ｇ／ｃｍ３）矿渣水泥浆。用该水泥浆为领浆和纯Ｇ级水泥浆为尾浆对天然气井进行一次性注水泥固井，替代分级固井技术。室内研究结果表明：超低密度矿渣钻井液固化液中激活剂可以扩散到滤饼和残留的多功能钻井液中，使套管、水泥石和地层三者之间达到完整的胶结，使地层封隔效果良好，水泥石抗压强度高，水泥浆流变性好，体系稳定，稠化时间满足现场施工要求，并解决了分级固井技术中存在的固井质量问题。