水溶性树脂固井工作液体系性能评价*

针对油气田开发中高压油气、后期压裂、储气库周期性压力变化等带来的层间流体窜流、井口带压问题,以 水溶性树脂（S-HR）与胺类中温固化剂（CA-1）为胶凝材料,制得适用于中低温的树脂固井工作液体系。对该体 系的工程性能、防窜性能、力学性能、耐温性、树脂固化动力学等进行了研究。结果表明,通过调节加重剂重晶石 和悬浮剂微硅的加量,该树脂体系密度在1.20～1.90 g/cm³ 可调,流动性能良好;60～90 ℃时,稠化时间在60～ 410 min可调;模拟顶替效率91.5%时,树脂固化体的胶结强度为3.01 MPa,窜流突破压力大于12 MPa,远高于相 近顶替效率下的常规水泥石;树脂固化体在90 ℃下常压养护24 h的抗压强度为53.2 MPa,六次循环交变应力加 载后的弹性恢复率超过85%,优于常规水泥石;固化体的耐温性良好,热分解温度为398 ℃。通过非等温DSC法 确定了S-HR/CA-1和S-HR/胺类高温固化剂（DCY）体系的固化动力学方程。该树脂工作液体系固井界面胶结 强度高,形变恢复能力强,有利于保证固井环空固化体的长期完整性和封隔性,防止窜流的发生;固化动力学方 程的建立为此类树脂工作液体系的研究与应用提供了理论参考。     

功能材料对固井水泥石力学性能的影响

固井工程中,水泥石力学性能是影响固井质量的重要因素。通过加入一定量的功能材料,可以增强水泥石的抗冲击能力和应变恢复能力,有效改善固井质量。为研究不同功能材料对固井水泥石力学性能的影响,选用韧性剂和弹性剂2种功能材料,配制韧性和弹性水泥浆并养护成水泥石,利用三轴应力应变实验,通过弹性模量、残余应变等考察不同类型水泥石力学性能。同时,通过功能材料特性,分析功能材料提高固井质量的作用机理。研究表明,两种功能材料都能有效降低水泥石弹性模量和残余应变,减小水泥石脆性,增强水泥石应变恢复能力。韧性剂提高了水泥石的韧性,有效防止了水泥石破裂形成裂缝,保证了水泥石的长期完整性;弹性剂则大幅度增强了水泥石弹性,减少了微环隙的形成,提高了水泥石的封隔能力。     

抗高温油井水泥缓凝剂HL-1 的合成与性能

采用丙烯酸(AA)、马来酸(MA)、对苯乙烯磺酸钠(SSS)和亲水性长链烯类单体(LN)制备了一种四元共聚油井水泥缓凝剂HL-1。采用单因素实验法优化了HL-1的合成条件,并用红外光谱(IR)和核磁共振氢谱(H~1-NMR)表征了最优合成条件下合成的HL-1结构,考察了该HL-1对水泥浆(G级油井水泥+3.0%微硅+30%砂+1.5%降失水剂SZ1-2+0.8%分散剂SXY,水灰比W/S=0.44)的缓凝性能和流变性能及所形成的水泥石抗压强度的影响。优化后的实合成条件为:AA、MA、SSS、LN摩尔比为0.06:0.54:1:0.1,单体质量分数30%,反应温度60℃,引发剂加量5.0%,pH=5。经IR和H~1-NMR表征,聚合物HL-1的结构与分子设计的目标产物一致。HL-1热稳定性较好,可以在温度低于260℃的较宽温度范围内使用。性能评价结果表明,HL-1具有较好的高温缓凝性能,在150℃、80 MPa下,加有1.0%HL-1的水泥浆稠化时间达到380 min;HL-1对水泥浆有较好的分散作用,可有效改善水泥浆的流动性且对水泥石强度影响不大。     

新型耐高温油井降失水剂的合成与性能评价

以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和一种具有特殊结构的磺酸基单体(TS)为原料,过硫酸氨为引发剂,合成了新型抗高温抗盐油井水泥降失水剂FR。利用红外光谱、核磁共振、热重分析表征降失水剂FR的结构及热稳定性,评价了含降失水剂FR的水泥浆的降失水性能、抗温性能、抗盐性能、稠化时间等工程性能。结果表明:丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)和磺酸基单体(TS)有效聚合到降失水剂FR中;该降失水剂耐温性能和控制失水性能良好,可在90~200℃内使用,当温度为200℃、FR质量分数为1.0%时,水泥浆体系失水量为48 mL;降失水剂FR耐盐性能良好,可在含有25% NaCl的水泥浆体系中使用,并控制其失水量为24 mL;降失水剂FR适应性良好,可应用于不同品牌的水泥中,对水泥浆流变性、水泥石抗压强度等无不良影响。采用化学分析、扫描电镜等手段研究了降失水剂FR的黏弹性吸附层理论的作用机理:高分子通过电荷作用吸附到带正电的水泥颗粒上,形成一层可压缩的黏弹性吸附层,在失水的压差作用下,吸附层被挤压并填充到水泥颗粒间的空隙中,从而有效、牢固地堵塞了失水通道、降低了滤饼渗透率。该理论能合理解释吸附增黏类降失水剂的作用机理。