肯基亚克盐下油气田固井水泥浆研究

肯基亚克盐下油气田油气异常活跃,且地层孔隙压力和漏失压力非常接近,采用含30％盐的加重水泥浆固井,水泥胶结质量普遍较差。分析了导致固井质量差的原因,提出了其改善措施：按照流体顶替理论确定水泥浆和隔离液密度;将水泥浆的盐浓度降低到15％;为解决现场没有干混设施的问题,研制出了一种新型的可水分散的加重剂;设计出了与该加重水泥浆相容性好的BCS高密度隔离液。性能评价结果表明,用该加重剂制备的水泥浆具有良好的流动性和浆体稳定性,密度在2．1～2．3g／cm^3之间可调,稠化时间可调,抗压强度高,综合性能满足工程需要。BCS高密度隔离液可防止水泥浆与钻井液之间的混浆,保证水泥浆的胶结效果。     

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。      

人造微珠低密度水泥浆的研究与应用

在对比评价多种国产微珠产品后,开发出了一种新型的可用作水泥浆减轻剂的产品。根据紧密堆积原理,以其为主要减轻材料,通过引入具有高化学活性的增强剂BT-1及强吸附能力的填充材料G12S,配制出了密度为1.2~1.5 g/cm3的低密度水泥浆,并评价了其基本性能。考虑到空心微珠高压易碎的特性,在混灰过程易造成密度的微量变化以及实际作业过程温度的不精确性,考察了压力对水泥浆稠化性能的影响、密度变化对性能的影响和水泥浆的温度敏感性;同时对水泥石形成之后的高温强度衰退性能进行了考察。实验结果表明,低密度水泥浆具有良好的基本性能,且性能随压力、密度、温度变化不敏感,具有良好的可操作性,抗高温稳定性好。     

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。     

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。     

低温易漏浅井用泡沫水泥特性研究

介绍了在调整基浆密度的基础上采用单剂化学发泡法配制超低密度泡沫水泥的方法。对各种外加剂的作用及GF泡沫水泥的性能进行了评价,结果表明,GF泡沫水泥浆具有施工工艺简单,发泡时间可控,高压下水泥浆密度容易控制,稠化时间可调,滤失量小,水泥石抗压强度高、渗透率低等优点。综合性能已达到低温易漏浅井固井作业的技术要求。     

新型低密度水泥减轻材料SXJ-1的研制及应用

针对超长封固段低压易漏层顶替压力高、固井风险大、易发生漏失和憋泵等问题,研制了新型低密度水泥减轻材料SXJ-1,并进行了现场应用。利用缩聚反应得到了改性环氧树脂并与活性SiO2、固化剂等复配开发出了新型低密度水泥减轻材料SXJ-1;以SXJ-1为减轻材料,根据紧密堆积理论,通过加入早强材料XC-1及具有水化活性的复合增强材料XE60S,配制出密度为1.3~1.5 kg/L的实心微珠低密度水泥浆,评价了该水泥浆的基本性能,分析了压力与搅拌速度对其密度的影响。结果表明,该水泥浆具有良好的基本性能,随压力及搅拌速度变化其密度也会发生变化,但其变化量在0.03 kg/L以内,且性能无明显变化,具有良好的承压能力及抗剪切性能。电镜扫描试验显示,该水泥浆形成的水泥石结构致密,无明显破碎渗水现象,有利于提高水泥石的综合性能。配制的水泥浆已在胜利油田应用30余井次,全部实现单级固井一次返至井口的目的,合格率达到100%。研究认为,新型低密度水泥减轻材料SXJ-1具有良好的承压能力及抗剪切性能,用其配制的实心微珠低密度水泥浆能够解决超长封固段低压易漏层的固井难题。      

井下泡沫水泥浆密度计算模型修正

为准确描述泡沫水泥浆密度与井深的关系,研究了泡沫水泥浆密度在不同温度和不同压力条件下的变化规律。以真实气体状态方程为基础,综合考虑温度、压力对泡沫水泥浆密度的影响,建立了泡沫水泥浆密度随压力和温度变化的计算模型。通过室内模拟试验对建立的计算模型进行了验证和修正,得到了可以定量计算井下任意井深处泡沫水泥浆真实密度的计算模型,对该修正模型进行隐函数积分,便可得到井下任意井深处的泡沫水泥浆真实密度和静液柱压力。修正后的模型综合考虑了温度和压力以及水泥浆泡沫体积分数对密度的影响,可为平衡压力固井设计奠定良好的基础。      

低密度水泥浆决策软件

对于深水及近水油井，多采用低密度水泥浆进行固井，为改善低密度水泥浆的性能，美国能源部Natl能源工艺试验室经过3年的研究．研制出一套低密度水泥浆决策软件。该软件的主要核心是测试应用玻璃泡的超低密度水泥浆的物理特性，比较其与常规/低密度水泥浆特性的差异。该软件从许多施工井中获得数千套数据作为软件的数据库。许多现场要求水泥浆具有低密度、高强度，以满足施工过程中温度和循环压力的要求。室内试验表明，低密度水泥浆中的玻璃泡耐久力强，密度低、黏结性能好，能够满足现场温度和压力的要求。     

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水泥浆的有效浆柱压力是在初凝前还是在初凝后降低至水柱压力,直接关系到能不能在固井候凝过程中压稳地层流体、实现压稳防窜候凝。以往的研究结论认为,水泥浆的有效浆柱压力会在其初凝时间的60%～70%降至水柱压力,但是,大量的实验研究结果表明,水泥浆有效浆柱压力降至水柱压力的时间（简称水柱压力时间）,有在初凝前的,也有在初凝后的,因此,认为水泥浆有效浆柱压力会在初凝前或初凝后降至水柱压力的观点与客观事实不符。实验研究结果表明,水泥浆在凝结过程中的水柱压力时间,受水泥浆体系、体系的稳定性以及体系在凝结过程中的体积变化特性的显著影响,水泥浆体系（含大量超低密度材料的超低密度水泥浆除外）越稳定,体系在凝结过程中的体积收缩越小,其水柱压力时间越向后推延,因此,提高水泥浆体系的稳定性,减少或消除水泥浆在凝结过程中的体积收缩特性,即可延缓其水柱压力时间,使其在初凝前拥有较高的有效浆柱压力而改善其自身的压稳防窜性能。     

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随着勘探领域不断向深部油气藏拓展，固井遭遇的复杂井越来越多。为了进一步加强粉煤灰低密度水泥浆体系在低压易漏复杂地层固井中的应用，经过大量室内研究，开发出以海泡石为主要成分的新一代稳定剂SSD，碱性有机物质类早强激活剂TSN，室内评价了它们在粉煤灰水泥浆体系中的性能，配制出密度可在1.30~1.45 g/cm3之间可调的粉煤灰复合低密度水泥浆体系。实验结果表明，该水泥浆体系的流动性好、析水率小、失水可控、稠化时间可调，水泥浆凝结后的水泥石不但抗压强度高，而且还具有一定的体积膨胀率，能完全适用低压易漏地层固井的要求，并保证水泥环与地层、套管间的良好胶结，提高固井质量。另外，粉煤灰、微硅使水泥石具有良好的抗腐蚀能力，海泡石、微硅等使水泥浆具有一定的触变性，这说明该水泥浆体系能兼有多种特性，是一种能满足复杂井固井需要的低密度水泥浆体系。     

提高油水层固井质量的防窜水泥浆

在长庆马岭油田南区和华池油田华字号井区,调整井高压层固井后的水窜问题十分突出。锁水抗窜剂由速凝、膨胀、抗渗、减阻等外加剂复配或由化学药品复配而成。对锁水抗窜水泥浆进行了配方优选和性能评价。结果表明,锁水抗窜水泥浆体系具有胶凝强度发展迅速、临界时间短、体积微膨胀、早期强度和界面胶结强度高的特点;该水泥浆体系密度高,使水泥浆柱压力增大、压稳系数提高,能防止固井后发生水窜。     

适用于长庆油田固井的超低密度泡沫水泥浆

长庆油田靖安、华池及镇源区块因地层承压能力低,固井作业中易发生井漏,影响固井质量。采用以漂珠水泥浆为基浆,加入FC系列发气剂配成超低密度泡沫水泥浆。对该水泥浆的配方、性能、密度变化及应用效果进行了评价。漂珠超低密度泡沫水泥浆抗污染能力强、防窜性能好、成本低,能使水泥浆密度降低为1.20～1.25g/cm~2,提高低压易漏长封固段的固井质量。     

联合使用SEP膨胀剂和KQ防气窜剂提高固井质量

深井、超深井固井作业中,水泥浆失重和徽环隙的出现严重影响固井质量。联合使用SEP油井水泥膨胀剂和KQ防气窜剂,配制出用于深井、超深井及开发井的水泥浆体系。现场应用表明,加有这两种外加剂的低滤失量膨胀防窜水泥浆体系流变性能好、水泥石抗压强度高,固井质量优良。SEP膨胀剂和KQ防气窜剂均为惰性外加剂,与其它外加剂有良好的配伍性。     

海上增韧防窜固井水泥浆体系研究及应用

针对海上高压低孔渗油气田固井注水泥候凝时气窜、储层压裂后水泥环破裂等问题,经数值模拟分析压裂作业所需水泥石的性能参数,通过加入胶乳、纤维和膨胀剂等材料,降低弹性模量,增加抗拉强度,达到防收缩防产生间隙的目的,研制了海上增韧防窜固井水泥浆体系。室内评价结果表明,该水泥浆体系的密度为1.65~1.85 g/cm3,API失水量小于50 m L;稠化时间在3~6 h可调;游离液为0,具有良好的施工性能,满足作业要求。水泥石24 h抗压强度大于14 MPa;杨氏模量为3~5 GPa;泊松比为0.13~0.20,满足了压裂对水泥石韧性的要求。该体系弹性模量较常规水泥石降低了约50%,抗拉强度提高了10%左右,增韧防窜性能优良。该体系在东海多口井现场应用,固井质量优良,满足了防气窜和压裂作业的需要。     

钻井液转变成水泥浆的室内研究

固井作业中常因井壁水泥面间密封差、附着于裸眼井壁的泥饼及隔离液对水泥浆产生污染,而影响固井质量。介绍了将钻井液转变成水泥浆的MTC技术。对分散剂、早强剂、有机缓凝剂及激活剂进行了MTC体系配方优选。试验表明,该配方使转化后水泥石3d强度大于10MPa,流变性、稠化时间等性能均可满足固井施工要求。     

特低密度沸石水泥浆性能

利用天然沸石的吸附、离子交换特性,与减轻材料漂珠相结合,设计出密度为1.30～1.60g/Cm~3的特低密度水泥浆体系。用API试验标准评价了不同温度下,不同密度水泥浆的抗压强度、流变性等性能。试验结果表明,该水泥浆体系具有密度低、水泥石抗压强度高、流变性和稳定性好等特点。该体系适用于低压易漏地层的固井施工。     

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.     

长封固段一次注水泥固井技术研究与应用

以微硅、粉煤灰、硅藻土等活性材料及激活剂CK21制成的油井水泥活性外掺料SP-1，与其他水泥外加剂一起使用，配制成SP-1水泥浆体系，活性材料的加量在2.5%~3.0%。研究了SP-1在不同温度下对水泥浆的促凝、增强性能以及加量对水泥浆各项性能（稠化时间、抗压强度、析水、流动度等）的影响。结果表明：该活性材料对调节水泥浆低温下的性能使之在复杂井中的性能趋于一致。实验表明：该水泥体系能提高水泥石两界面的胶结强度，有较短的凝结时间；良好的直角稠化性能和触变性。因此，具有良好的防漏失、防气窜（侵）性能。在四川地区4口不同井深的油气井现场应用取得良好的效果。