低温早强防气窜水泥浆体系的研究

为满足蓬莱19-3油区浅气层的固井需要,要求低密度水泥浆(1.4～1.9g/cm~3)在较低的适用温度(27～60℃)范围内,具有“低失水、高早强、短过渡、防气窜”等特点。以紧密堆积理论和颗粒级配理论为指导,以漂珠低密度水泥浆为基础,研制了相应的低密度增强剂和配套的外加剂,并开发出一种高性能的低温早强防气窜水泥浆体系。该体系具有浆体沉降稳定性好、游离液少、失水易控制、低温早强等特点,而且具有良好的防气窜性能:在40℃下水泥浆的SPN值小于4;体系水泥石致密,渗透率在0.001×10~(-3)μm~2以下;上下密度差在0.010～0.015 g/cm~3左右,具有一定的微膨胀性能,水泥石不收缩且具有良好的界面胶结性能。该水泥浆在蓬莱(PL)19-3油田已成功应用10余口井,USIT检测表明,固井质量良好。     

大庆油田低密度低温防窜水泥浆体系

针对大庆油田低温浅层气井长封段固井中,低密度水泥浆终凝时间长,胶凝强度发展缓慢,失水大,防窜性能差,易产生环空气窜及管外冒气等现象,影响了固井质量。研究了低密度低温防窜水泥浆体系,采用复合型早强剂、聚丙烯酸酯聚合物胶乳降失水剂、可分散聚合物胶粉防窜剂,改善低密度水泥浆综合性能,在低温条件下,凝结时间缩短了50%,早期强度提高了46%,渗透率降低了50%,界面胶结强度提高了47%。现场应用18口井,固井优质率提高了11.1%,管外冒发生率降低了1.6%,低密度低温防窜水泥浆体系能够满足固井施工作业要求,提高了低温浅层长封井固井质量。      

油井水泥用低温促凝剂BH-A401S的开发与性能研究

为解决目前常用促凝剂对AMPS类水泥浆体系低温促凝效果差的难题,通过对不同促凝材料的促凝效果对比,优选开发了一种由NaAlO2、特种促凝材料与有机盐组成的新型低温促凝剂BH-A401S,采用IR、TGA及DSC对该新型促凝剂的结构和耐温性能进行了表征考察,结果表明复配的促凝剂达到了预期设计目标。室内研究表明,该促凝剂在低温条件下对AMPS类水泥浆体系具有良好的促凝效果,温度高于50℃时,稠化时间可缩短到90 min以下,稠化线形整体平稳,过渡时间短,可满足40℃～70℃循环温度范围内的固井施工要求;同时,加有促凝剂的AMPS类水泥浆体系浆体性能稳定,初始稠度低、流变性能良好、稠化时间可调,40℃、加量为1.5%,6 h抗压强度大于4 MPa,低温早强、防窜效果明显,是一种非常适合AMPS类水泥浆体系的低温促凝剂。     

低温浅层稠油井固井水泥浆体系研究及应用

套保稠油区块油藏埋深浅，油层温度低、孔隙度和渗透性高、碱敏性强、岩性疏松、底水丰富，且存在漏层。现用水泥浆体系存在滤失量不易控制、浆体收缩大、界面胶结质量较差或不理想等问题。据此设计了速凝早强低滤失膨胀水泥浆体系的配方，井在套保油田现场试验了3口井。F17C膨胀降滤失剂的优良性能来自于多膨胀源的综合作用．其膨胀驱动力源于膨胀性成分反应产物的结晶生长压。优异的降滤失效果得益于对滤饼渗透能力的控制；sK速凝材料的作用来源于高活性晶种诱导、加速水泥水化作用的贡献。现场应用结果表明：以F17C低滤失膨胀剂为主．辅以SK速凝早强材料的水泥浆体系．具有速凝、早强、低滤失、微膨胀和零析水的特性．可显著提高浅层稠油井的固井质量。     

亚鲁杰伊油田低温防窜水泥浆体系研究与应用

环空带压是北极地区亚鲁杰伊油田固井长期存在的一大技术难题,为此开发了适用于极地地区低温固井防窜水泥浆,该水泥浆体系具有稳定性高、流动性好、低失水、高触变、短过渡和高早强度等技术特点。现场应用1.40 g/cm³漂珠低密度水泥浆作领浆,加入0.75%降失水剂RC012-04、3.0%低温促凝早强剂ALE、5%纳米增强剂RC090-01和0.40%分散剂Plast-A,水泥浆失水量为14 m L,稠化时间为188 min,浆体SPN值为1.13,水泥石的24 h抗压强度和界面胶结强度分别为9.6 MPa和3.63 MPa;1.85 g/cm³尾浆中加入0.75%降失水剂RC012-04、5%纳米增强剂RC090-01、0.25%防气窜剂RC21-09、3.0%低温促凝早强剂ALE和0.40%分散剂Plast-A,水泥浆失水量为12 m L,稠化时间为132 min,浆体SPN值为0.77,24 h水泥石的抗压强度和胶结强度分别为16.5 MPa和5.15 MPa。现场应用了22口井,固井质量的优质率从65.0%提升至88.5%,合格率从85%上升...     

水泥浆防窜性能实验评价及其应用

固井防窜一直是困扰石油工业多年的问题,因水泥浆候凝期间的环空有效静液柱压力不断降低,在其降低到地层流体压力之后,水泥浆能不能抵御地层气体对其液相的置换是固井防窜的关键。为此,从水泥浆窜流能力评价方面着手, 结合现场井况和固井工艺的水泥浆窜流试验方法,对目前常用的一些防窜材料,诸如成膜类、AMPS合成共聚物类、改性纤维素类降滤失剂及胶乳、膨胀剂、微硅等的窜流性能进行了评价。结果表明：在不同条件下各类外加剂的防窜特性不一,低温下成膜聚合物水泥浆的防窜性能有一定保障,但随着温度的升高,其性能就会受到一定影响;胶乳水泥浆体系的防窜能力相对较稳定,在不同条件下保证胶乳的有效掺量就可以保障水泥浆的防窜性能。实验评价结果在川渝地区、长庆苏南、吐哈鲁克沁、玉门酒东等气田进行了超过150口井的胶乳水泥浆现场应用,未发生窜流,固井效果良好。     

油井水泥浆促凝剂体系的室内研究

对水泥浆促凝剂CaCl2、Na2CO3、K 2CO3、Na2SiO3及甲酰胺进行了性能评价和筛选,并考察了各促凝剂与触变剂硫酸 铝的配伍性.结果表明,Na2CO3和K2CO3的促凝性能明显较好,触变剂硫 酸铝也具有一定的促凝性,不同促凝剂与硫酸铝配伍后,水泥浆体系触变性和流变性均得到 明显改善.以碳酸钠为促凝剂,加量为0.5%,硫酸铝加量为2.0%时,水泥浆体系的稠化时间最短,早期强度大,触变性最好.     

新型防窜水泥浆体系的研究与应用

根据大庆油田钻井研究所提出的防气窜机理与控制方法,研制开发了FSAM非渗透防窜体系。FSAM防窜体系由非渗透降失水剂FSAM,助剂FSAM-L、分散缓凝剂FSAM-R和早强剂组成,室内试验表明,该体系具有低失水量（小于50mL),高早期强度（6h强度超过3.5MPa,8h强度达到10MPa)、良好的流变性与短稠化过渡时间（48Pa到240Pa的过渡时间在20min以内）等特点。不仅适用于常规密度水泥浆体系,也适用于低密度水泥浆体系,在镇原,泾川地区防渗漏,防水窜固井,川西马井构造防气窜固井和南阳油田防水窜固井的现场应用表明,FSAM非渗透水泥浆体系对不同类型的油气层和水层都有较强的防窜能力,能有效地改善气、水层的胶结质量,固井质量优质率在90%以上。     

水泥浆防气窜性能评价新方法

目前固井行业缺乏可结合实际情况进行水泥浆防气窜性能的评价方法,导致在单井设计中水泥浆的防气窜性能难以把握。通过规范水泥浆静胶凝强度的试验分析,提出将环空水泥浆柱视为由多段长度为30.48m的水泥浆柱组成,考察最接近气层水泥浆柱能否抵抗气侵从而延绅至井口的整个水泥浆柱的环空水泥浆防气窜性能的评价新方法。使用该方法对固井水泥浆配方进行了研究,并结合气田的现场尾管固井实例对所选水泥浆配方进行了评价。结果表明,在水泥浆的防气窜设计中仅强调控制水泥浆失水或缩短水泥浆候凝期间的过渡时间是不够的,必须提高水泥浆在候凝期间的内部结构阻力或降低水泥浆在候凝期间的渗透率,才能确保气井的固井质量。该方法可指导入井水泥浆的防气窜性能设计及评价。     

高温防窜水泥浆体系的研究及应用

高温高压油气井的窜槽问题一直是困扰各油田固井的一大难题,尤其是高温高压长封固段井的油气窜槽问题更难以解决.高温防窜水泥浆体系具有优异的防窜性能及稳定性,稠化时间易调,低温条件下强度能较好地发展,采用多凝水泥浆方案可更好地解决高温高压长封固段油气井的固井质量问题.     

一种低温早强低密度水泥浆

低温下,常规低密度水泥浆体系早期强度发展缓慢,水泥石胶结能力差,影响了水泥环封固质量,浅层易漏井固井质量问题日益突出,为此,进行低温早强低密度水泥浆体系研究。根据紧密堆积理论及综合室内实验研究,研制了密度为1.30~1.50 g/cm3的低温早强低密度水泥浆体系,主要优选了超细胶凝材料和锂盐复合早强剂,增加了低密度水泥石的致密性,提高了低密度水泥石的早期强度,25℃凝结时间为13 h,24 h抗压强度为10.2 MPa。该体系具有低温早期强度高,凝结时间短,稳定性好等优点。在大庆油田现场成功应用2口井,固井质量合格率100%,取得良好的应用效果。      

可再分散乳胶粉对低温固井水泥浆性能的影响

对比分析了添加可再分散乳胶粉前后低温固井水泥浆常规性能、渗透率、界面胶结强度以及微观形貌的变化。实验结果表明,可再分散乳胶粉能显著降低水泥石渗透率,提高界面胶结强度,加量为4.0%时,渗透率降低了94.2%,一、二界面胶结强度分别提高了66.4%、84.1%;通过微观形貌分析可以看出,可再分散乳胶粉能改善水泥石本体、界面处微观结构,使其更加致密、平整。乳胶粉加量小于3%时,对水泥浆稠化时间、流动度、抗压强度等常规性能影响较小,加量大于3%时,有一定增稠、缓凝、延缓强度发展现象。     

低温促凝剂CN-2的研究与应用

针对低温条件下，水泥浆因候凝时间长，极易造成油、气、水侵，导致固井后水泥环不致密，固井质量差这一现象，研制了一种新型低温复合早强促凝剂CN—2，并完善了与之配套的水泥浆体系，从而满足各类低温条件下的固井施工，为低温浅层油气井固井质量的提高提供了可靠的保证。     

低温固井水泥浆体系的室内研究

针对煤层气层的低温固井以及深水表层套管固井中油井水泥早期强度发展缓慢的问题,通过将胶体SiO₂、硫酸盐和醇胺类物质三元复配,开发出一种复合型无氯早强剂AA。研究了该早强剂不同加量对油井水泥的影响,采用XRD、SEM分析水泥水化产物和微观形貌,并结合早强剂中各组分作用,分析了它的作用机理。通过向水泥中加入减轻材料和配套外加剂,形成了一套密度为1.35~1.87 g/cm3的低温固井水泥浆体系。研究结果表明,早强剂AA可以加速水泥熟料C₃S、C₂S的水化反应进程,同时消耗水泥水化生成的Ca(OH)₂,胶体SiO₂可以与Ca(OH)₂发生火山灰反应生成C-S-H凝胶,它可以填充水泥颗粒之间的微孔隙,显著提高水泥石早期强度;该低温固井水泥浆在30℃下的24 h抗压强度大于13 MPa,稠化时间在196~258 min之间,失水量为24 mL,游离液为0,流动度大于20 cm。此外,该水泥浆体系具有直角稠化、防气窜性能优异等优点。      

低温高强韧性水泥浆在致密油水平井的应用

长庆油田致密油延长组油层埋藏浅,井底静止温度低,常规水泥石强度发展慢、脆性强,大型体积压裂易导致水泥环密封完整性破坏,严重威胁致密油开采和油井寿命。针对以上难题,优选了低温促凝早强剂DRA、低温增强材料DRB和膨胀增韧材料DRE-300S,并结合配套固井外加剂,开发了综合性能良好的低温高强韧性水泥浆体系。该水泥浆体系在55℃条件下,24h抗压强度达到35.8 MPa,168 h抗压强度为50.6 MPa,抗压强度较常规体系提高了33.1%,弹性模量降低了14.3%,表现出良好的低温高强韧性特性,增强了水泥环在交变应力作用下的密封完整性。该体系在长庆致密油水平井φ139.7mm生产套管固井中进行了4次现场应用,现场应用效果良好,为低温高强韧性水泥浆体系的推广应用奠定了技术基础。      

低温早强低水化放热水泥浆体系开发

深水水合物地层的特殊环境要求固井水泥具有低水化放热和低温早强特性,而现有的固井水泥浆体系大多不具备低水化放热特性,而且低温水化速度较慢。为此,提出了低温早强低水化放热水泥浆体系的研究思路。在铝酸盐水泥和G级水泥按照1:1质量比形成的混合水泥浆的基础上,通过对储能微球研发以及对密度减轻剂、稳定剂和其他外加剂的种类和加量的优选,形成了低温早强低水化放热水泥浆体系,其早强剂为0.06%三乙醇胺,降失水剂为1%聚乙烯醇类降失水剂CML,缓凝剂为0.35%硼酸,分散剂为1.5%SYJZ-1。同时对该体系进行的性能测试表明,在4℃养护24 h水泥石抗压强度可以达到5.9 MPa,水泥浆呈现低水化放热和低温早强特性。可以看出,该低温早强低水化放热水泥浆体系在早期强度、水化放热、密度等方面性能优异。      

低温短候凝水泥浆体系室内研究

在导管、表层套管固井中,由于地层温度较低,油井水泥强度发展缓慢,候凝时间长,增加了钻井成本,并易造成环空窜流,影响固井质量和作业安全。针对目前国内油井水泥早强剂种类少、某些油井水泥早强剂存在早强效果不佳以及对水泥浆流变性影响较大等问题,通过室内试验筛选出一种新型的无氯、含晶种复合型早强剂SW-Z1,从而形成了一套密度1.30~1.90 kg/L的低温短候凝水泥浆体系。低温短候凝水泥浆体系的室内性能评价试验结果表明,该水泥浆体系具有直角稠化、低温候凝时间短、早期强度高、流变性能好,防气窜能力强等优点,可满足不同地层压力条件下的低温浅井固井需求。      

新型抗高温粉煤灰低密度水泥浆

针对目前粉煤灰低密度水泥浆体系高温下沉降稳定性差及顶部水泥石抗压强度发展缓慢等问题,测试了在中高温条件下粉煤灰、微硅类稳定剂加量对水泥石强度的影响,实验发现微硅类稳定剂在高温条件下(≥125℃)会阻止粉煤灰水泥浆抗压强度正常发展。通过研究出一种新型高温增强剂,保证了粉煤灰低密度水泥浆体系的高温稳定性,并解决了目前粉煤灰低密度水泥浆体系存在的高温强度发展异常、强度很低等问题,最后开发出一套密度为1.50~1.60 g/cm3的粉煤灰低密度水泥浆体系。该体系具有沉降稳定性好、API失水量小、稠化时间可调等性能,水泥石抗压强度较高且顶部抗压强度发展良好,130℃下静胶凝强度的过渡时间为18 min,能够满足85~130℃的大温差高温固井。     

水泥浆触变性评价方法的探索

通过实验分析了目前常用的触变性评价方法——静切力法和滞后环法,对其合理性进行了讨论;并结合触变水泥浆的现场应用,提出了水泥浆触变性评价应涵盖流动性、胶凝强度发展情况以及施工安全性3个方面,针对常用触变性评价方法存在的问题,探索了一种评价水泥浆触变性的新方法。该方法采用精度高的旋转黏度计在转速极低的情况下测量水泥浆不同时刻的剪切力,几乎消除了剪切力对胶凝强度的影响,通过程序控制可实现对样品的连续测量。此方法可准确反映不同温度下水泥浆胶凝强度发展的快慢和大小,从而可更好地指导触变水泥浆体系的开发和现场应用。