固井水泥浆胶结质量提升方法研究

固井水泥浆胶结质量直接关系到油气井长期封固安全性。若水泥浆胶结质量差,会导致油气水窜流、环空密封失效等问题,造成极大经济损失。为研究提高固井水泥浆胶结质量的方法,本文分析了胶结质量影响因素,并针对性研究技术措施。固井水泥浆胶结质量主要与水泥浆和胶结壁面的粘结力、摩擦力和机械咬合力有关。通过向固井水泥浆中掺入聚合物乳液、提高水泥浆膨胀性和改善壁面胶结状态三种方式可以有效改善水泥浆的胶结质量。研究的成果可为固井水泥浆胶结质量改善技术提供理论指导。     

韧性高胶结固井水泥浆体系研究

为保障油气井水泥环长期密封完整性,室内研究了增韧纤维、膨胀剂、胶乳液三种功能材料,同时研究了降失水剂、分散剂、缓凝剂添加剂,构建了韧性高胶结水泥浆体系,并对水泥浆体系性能进行评价。实验结果表明,增韧纤维、膨胀剂PZ-1和胶乳液可以提高水泥石的抗冲击强度,增大水泥石膨胀率,改善水泥石的胶结强度和韧性性能。降失水剂SSR、分散剂FSA和缓凝剂HNA能改善水泥浆的失水量、流变性和稠化性能。使用这些添加剂构建的韧性高胶结水泥浆流变性好,失水量低,稠化时间满足要求,抗压强度较高,同时水泥浆具有较好的韧性和高的胶结强度。研究成果可为复杂油气井固井作业提供技术支持。     

研究水泥浆膨胀率的新型设备及方法

为解决普通硅酸盐油井水泥硬化后产生“化学收缩”的问题,有人提出了微膨胀水泥浆,研究该水泥浆的关键是解决如何测量水泥浆的膨胀时间及膨胀量的问题,而目前的膨胀率测量标准过于简单,和现场实际相差太远.为此,建立了一套在高温高压环境下评价水泥浆膨胀率变化规律的方法.首先验证了该实验设备的可靠性,然后用其研究了不同配方水泥浆的膨胀规律.研究发现,随着时间的延长,水泥浆先膨胀后收缩,最后趋于稳定;水泥水化后新物质的生成是水泥浆体积收缩的直接原因;除去环境影响,膨胀率变化主要表现在从稠化过渡时间开始点( 30 Bc)起到早期抗压强度形成止这一阶段;不同浆体的膨胀及收缩量是不同的.该研究结果对水泥浆膨胀率的进一步深入研究具有指导意义.     

深水固井水泥环胶结强度影响与分析

针对深水浅层固井胶结强度影响因素问题,文章首先对此次研究的装置以及流程分别进行介绍,在开展实验的基础上,分别进行水泥强度和套管尺寸对水泥环胶结性能的影响分析,为合理开展深水浅层固井设计及施工奠定基础。     

一种新型材料固井水泥石的抗高CO2分压腐蚀性能评价

井下高温、高CO₂含量条件使水泥环长效封固周期寿命缩短,水泥环完整性保障难度增大,由于在较高的压力环境下CO₂呈现低黏度、高扩散性和高压缩性的超临界特性,会加剧水泥石的腐蚀。本文与常见的6种防腐材料进行防腐性能对比测试,研发了可用于井下高温、高CO₂分压环境中的一种新型防腐材料。室内实验结果表明,新型火山灰混合材料由于二次水化反应消耗Ca(OH)₂提高水泥石长期强度,且电镜下微观观察分析,新型火山灰混合材料水泥石渗透率更低,CO₂环境中养护30 d后水泥石表面仍存在CaSiO₃,表明侵蚀仍在表层进行。新型火山灰混合材料的水泥石具有30 d腐蚀深度1.17 mm、抗压强度衰退率2.6%、渗透率变化率2.1%更好的抗CO₂腐蚀能力,且具有良好的综合施工性能。     

耐高温高密度防腐固井水泥浆

深层含酸性气体油气井中,高温、高压含CO₂气体环境易腐蚀水泥石,破坏水泥环密封完整性。为开发具有防腐能力的高温高密度固井水泥浆体系,对水泥浆关键材料进行研究,构建了抗高温高密度防腐水泥浆体系,分析了水泥浆性能和微观形貌。实验结果表明,锰矿粉加重剂能显著提高水泥浆密度,制备的水泥浆体系高温下抗腐蚀能力较好;研究的降失水剂JS18L、缓凝剂H16L在高温下能降低水泥浆失水量,调节稠化时间。将无机复合防腐剂NAM-H、聚合物防腐剂SZ-M2结合使用,作为防腐材料可增强水泥石防腐性能。使用研究的添加剂材料构建密度为1.90～2.20 g/cm3的抗高温高密度防腐水泥浆,水泥浆体系流变性好,稳定性高,失水量小于50 mL,稠化时间在3～5 h可调,满足固井作业要求。高密度水泥石高温下力学性能稳定,防腐能力强,水泥石腐蚀30 d的抗压强度衰退率在25%以内,腐蚀深度小于1.5 mm。该研究成果可为高温高压酸性气井以及二氧化碳地质封存井固井作业提供技术支持。      

一种物理模拟冲洗液冲洗效率的评价方法

实验室自行研制开发出了“高温高压泥饼冲洗效率评价仪”,介绍了其结构、原理及使用方法,开展了一系列冲洗效率模拟实验.按10∶1的缩小比例制作了相应的缩小井筒模型,模拟砂岩地层,用PEM钻井液在高温高压环境下形成泥饼,在不同循环温度下对比评价了CW263L和CW268L冲洗液的冲洗效率,实验过程中可以自行控制泵送及冲洗时间.实验结果表明,该装置能够很好地模拟井筒的实际情况,包括钻井液所在地层的温度、压力、孔隙度环境,冲洗液对泥饼的冲洗效率,直观地表明了冲洗液性能的差异化.     

地质聚合物在油田固井中的应用

地质聚合物作为一种低碳、耐腐蚀的新型胶凝材料,发展迅速,得到迅速而广泛的发展,并在建筑、塑料和航空航天等行业得到应用。在油气行业中,地质聚合物替代普通硅酸盐水泥作为固井胶凝材料的技术成熟度还不高。简述了近年来地质聚合物固井技术的研究开发情况,以及地质聚合物固井技术发展和应用存在的一些问题。     

高性能微珠表面性质及其对水泥浆性能的影响

采用扫描电镜（SEM）、元素分析（XPS）、硅钼黄法、姜黄试纸法、滴定等方法,分析研究了固井水泥浆中所用高性能空心玻璃微珠（简称空心微珠,HGM）的表面性质,并评价了空心微珠对水泥浆性能的影响。结果表明,空心微珠外表呈大小不等球体,少量球体表面存在孔洞缺陷,除玻璃的主要组成外,表面含有少量有机偶联剂;表面存在硅酸钠、硼酸钠等少量可溶性附着物,附着物含量随批次不同有所不同,其中附着物含量过大会对固井水泥浆的性能产生不良影响,其中的可溶性硼含量是影响水泥浆性能的主要因素,固井使用时应对其进行控制。根据目前实验,认为硼砂含量低于0.38%对水泥浆的影响不大,因此尽量选用硼砂含量此范围内的微珠使用。      

海上窄压力窗口控压固井浆柱结构设计方法

针对海上油气井窄压力窗口固井顶替效率低下的技术难题,通过轻钻井液的施加以优化浆柱结构以及施加环空回压的方法实现安全高效固井的目标。考虑停泵压胶塞环空回压值≯5 MPa、冲洗液环空紊流接触时间>10min以及注替结束井筒自压稳3个关键技术要求,合理优化固井浆柱结构,计算控压固井全过程井筒当量循环密度(ECD),使井筒ECD在安全密度窗口内,形成了海上窄压力窗口控压固井浆柱结构设计方法。以乐东10-1气田某高温高压井为例,优化设计了该井的浆柱结构,并模拟计算了控压固井全过程井筒ECD及紊流接触时间。结果表明：轻钻井液用量为14～50 m³且密度在1.822～2.142 g/cm³之间、冲洗液用量>13 m³且密度在2.36～2.45 g/cm³之间、水泥浆密度在2.4～2.51 g/cm³之间,可实现冲洗液紊流接触时间>10 min且满足压稳不漏的固井要求。该设计方法可实现海上窄压力窗口井安全施工和提高固井顶替效率的要求。