碳纳米管羧基功能化及其对水泥石的影响

随着非常规油气井开发的不断深入,复杂的地下环境对水泥石的各项力学性能指标提出更高的要求,因此,急需开发高性能的纳米材料用于改造水泥石性能。采用稀酸酸化工艺制备羧基功能化碳纳米管分散液,通过接触角、紫外-可见吸收光谱和沉降稳定性等测试对分散液的分散能力进行讨论,并对羧基功能化碳纳米管提高水泥石力学性能的效果进行了验证。研究结果表明,羧基功能化可使碳纳米管的粒径减小89.71%,并使疏水材料转变为亲水材料,同时,羧基功能化碳纳米管在水中的分散稳定性提升100%;0.005%加量的羧基功能化碳纳米管使水泥石的抗压强度提高16.05%,抗折强度提高25.82%,抗拉强度提高18.07%。

特低渗透油藏天然气非混相驱实验

利用单层和双层物理模型,开展了特低渗透油藏注天然气开采模拟实验。单层模型实验结果表明,特低渗透油藏天然气驱同水驱相比不仅可以提高驱油效率,还能提高微观波及效率;天然气驱采收率比水驱采收率高4.50%,水驱后注天然气的开采效果更好,可提高采收率幅度达12.50%;未见气与低气液比阶段内油井的产能高,是主要生产期。双层非均质模型实验结果表明,由于油藏内实际的层间渗透率级差比实验室内测定的级差大得多,同一套开发层系内低渗透层不具备吸气能力,气体完全进入高渗透层,高渗透层的开发效果非常好;天然气在高渗透层中形成窜流后,剩余油主要分布于低渗透层中,需要用凝胶体系对高渗透层进行封堵;封堵后,低渗透层的吸气能力非常强,能被充分开发利用,双层非均质模型的采收率由30.85%提高到55.91%。

雅达油田高含硫小井眼尾管固井技术

针对伊朗雅达油田Fahliyan油层尾管固井技术难点,优选出防腐防窜胶乳水泥浆体系。室内测试分析表明:该体系防窜能力强,模拟实验过程中气窜量为0;在室内模拟的H2S强腐蚀条件下,仍能保持致密的微观结构,水泥石强度下降幅度为11.46%,水泥石渗透率增加程度为18.82%;同常规水泥浆体系相比,养护24 h的单位面积抗冲击功可提高74%,养护48 h的单位面积抗冲击功可提高79%。为提高洗井质量和水泥浆顶替效率,率先将旋转尾管固井技术应用于ф114.3 mm尾管固井中。同时,采用先导浆工艺和提高套管居中度技术,达到提高顶替效率的目的。上述措施的实施,为解决伊朗雅达油田高含硫小井眼尾管固井难题做出有益的尝试,取得了较好的现场应用效果。

特低渗透油藏水驱后氮气驱油实验

利用物理模拟实验，开展了特低渗透油藏水驱后氮气驱油的效果及特征研究。结果表明：氮气驱可在水驱波及区内提高原油采收率3．4％左右，见气前与低气液比阶段是油井的主要采油期，后续注气压力梯度为注水压力梯度的1／4～1／3；多个油层合注合采时，氮气驱波及程度低，低渗透层不具备吸气能力，气体完全进入高渗透层；气窜在高渗透层形成后，剩余油主要分布于低渗透层。选用SCT-1复合凝胶体系对已形成气窜的高渗透层进行封堵，调节高渗透层与低渗透层的吸气能力，封堵后的高渗透层吸气能力变弱，低渗透层剩余油被有效开发。注气封堵结合可有效抑制气窜，提高氮气驱波及程度。

超低渗岩石渗透率测试实验方法

室内岩心分析通常依据气测渗透率值与平均压力倒数之间的线性关系校正得到岩石的等效绝对渗透率。由气测渗透率实验研究发现：对于渗透率小于0．1×10＾-3μm^2量级的超低渗岩石，气测渗透率值与平均压力倒数成非线性关系，校正得到的等效绝对渗透率值会偏小甚至为负值。产生这种现象的本质原因在于超低渗岩石孔道半径极小，壁面滑移分子层厚度占孔道半径的比例大大增加，滑脱作用对流动的贡献增强。为此，依据稀薄空气动力学理论，提出增加出口端气体压力的方法能有效降低壁面滑移分子层厚度，从而减小滑脱作用对流动的贡献。结果表明增加出口端压力后，超低渗岩石的气测渗透率值与平均压力倒数成线性关系，校正后可以得到准确的绝对渗透率。

PEG对纳米硅水泥浆触变性改善的研究

为解决纳米硅水泥浆冷浆极强触变性的问题,测量了聚乙二醇PEG200、PEG400、PEG600加入纳米硅水泥浆,且加量分别为1%、2%和3%时的冷浆流变读数,通过对比静切力、塑性黏度和动切力优选出最优配量的PEG,对比了加入最优配量PEG前后,纳米硅水泥石性能的变化,并从反应机理方面分析了纳米硅乳液加入PEG前后的红外光谱图。结果显示,加量为2%的PEG200对纳米硅水泥浆触变性的改善效果最好,触变性改善效果提高5倍以上,加入2%PEG200前后的纳米硅水泥石性能基本一致;PEG与纳米二氧化硅的作用机理不仅有氢键作用,还有醚键配位作用,能够改善纳米二氧化硅防气窜水泥浆的触变性。研究结果表明,加量为2%的PEG200解决了纳米硅水泥浆冷浆极强触变性的问题,同时也保证了纳米硅水泥浆原有的性能。

水滑石插层降失水剂的制备和性能研究

随着石油开发逐渐转向陆地深层、超深层,固井工程对油井水泥降失水剂的要求越来越高,降失水剂在高温高盐地层依然需要具备良好的控水特性。为了满足油井水泥降失水剂耐高温的性能,将有机聚合物降失水剂与新型无机材料水滑石结合起来,研制出一种耐高温耐盐的新型油井水泥降失水剂。选择2-丙酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、对苯乙烯磺酸钠(SSS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)与衣康酸(IA)合成四元有机聚合物降失水剂F_(1),利用水滑石的层间离子可交换特性将有机聚合物降失水剂插入镁铝型水滑石(Mg/Al-LDHs)层间,研究高温下水滑石对聚合物降失水剂的保护作用。利用红外光谱、XRD与热重分析等表征水滑石插层降失水剂Mg/Al-F;-LDHs,采用静态失水实验测试水泥浆失水量。结果证明该新型降失水剂合成成功,在240℃,氯化钠(NaCl)浓度为57%(质量分数,下同)的盐水条件下,水泥浆失水量为86 mL。

致密储层岩石渗透率测试方法存在的问题

准确测试储层岩石的渗透率是认识、开发储层的前提条件之一。然而,致密储层岩石的喉道尺度微小,流体与岩石所发生的物理化学作用对渗流规律影响很大。讨论流体与致密岩石所发生的物理化学作用,分析其对渗透率测试的影响,提出提高致密岩石渗透率测试准确性的思路。

纳米液硅防窜水泥浆体系性能研究及应用

在石油工程领域,近几年国内新兴起纳米液硅水泥浆体系。系统性地研究了该水泥浆体系以流态、塑态、固态存在时的各项关键性能。纳米液硅颗粒尺度小,比表面积大,具有增黏提切作用,水泥浆体系以流态存在时比普通水泥浆体系具有更好的基础性能,幂律指数为0.69,稠度系数为0.45 Pa·s^(n),API失水36 mL,无自由液,无沉降现象。纳米液硅颗粒的堵塞作用与促凝作用提升水泥浆体系向塑态转变时的防窜性能,气窜因子SPN值为1.3,比普通水泥浆体系低62.9%,静胶凝强度由48 Pa发展至240 Pa的时间为7 min,模拟实验中无窜流现象发生。纳米液硅颗粒能增加水泥石致密性,并参与水泥水化反应修复水泥石内部微裂隙、微缺陷,固态水泥石力学性能也明显优于普通水泥石。纳米液硅加量15%,龄期7 d时的水泥石弹性模量为8.3 GPa,降低幅度为38.9%,水泥石强度为53 MPa,提高幅度为35.9%,渗透率为0.007×10^(-3)μm^(2),比普通水泥石降低90.9%。纳米颗粒具有限位支撑作用,纳米液硅水泥浆体系转变为塑态、固态后具有更低的水化收缩率,分别为1.26%、0.34%。最后,介绍了纳米液硅水泥浆体系在顺北油田的应用情况,累计应用153井次,平均固井优良率为91.7%,主要解决了产层套管固井的桑塔木高压水层与辉绿岩盐水层窜流难题。

胶乳纳米液硅高温防气窜水泥浆体系

针对顺南区块超深高温高压气井固井面临井底温度高、气层活跃难压稳的问题,研究了胶乳纳米液硅高温防气窜水泥体系。通过将纳米液硅防气窜剂与胶乳防气窜剂复配使用,协同增强水泥浆防气窜性能;不同粒径硅粉复配与加量优化,增强水泥石高温稳定性;无机纤维桥联阻裂堵漏,抑制裂缝延展,提高水泥浆防漏性能和水泥石抗冲击性能。该水泥浆体系具有流动性好、API失水量小于50 m L、直角稠化、SPN值小于1,水泥石具有高温强度稳定性好、胶结强度高、抗冲击能力强的特点。密度为1.92 g/cm^3的水泥浆体系在190℃、21 MPa养护30 h后超声波强度逐渐平稳,一界面胶结强度达12.6 MPa;水泥石弹性模量较常规低失水水泥石降低52%,抗冲击强度增加了188%,且受霍普金森杆冲击后仅纵向出现几条未贯穿的裂纹。该高温防气窜水泥浆体系在顺南5-2井和顺南6井成功应用,较好地解决了顺南区块超深气井固井难题。

层间非均质性对特低渗油藏注水开采的影响

层间非均质性是影响油藏开发效果最重要的地质因素之一。利用人工压制的特低渗3层非均质储层模型与并联模型，进行了4组恒速水驱开采实验。实验结果表明：按中、高渗油藏组合层系的原则来组合特低渗油藏层系时，层间矛盾非常突出。高渗层段最先吸水，当压力梯度接近最大值时，低渗层段才开始吸水。随后，注水压力趋于稳定或者下降，低渗层段停止吸水。低渗层位吸水时间很短，吸水量很少，采收率很低。油层厚度大隔夹层发育的特低渗油藏组合层系时，应更加严格地控制层间渗透率级差，才能使低渗层得到动用。隔夹层不发育、油层厚度不大的油藏，水驱后应当对高渗层或者高渗条带进行深部封堵，以启动中、低渗层段中的原油为主，才能进一步提高油藏的采收率。

元坝气田超深探井小尾管防气窜固井技术

元坝气田是我国最深的生物礁海相大气田,具有超深、高温、高压、高含硫等特点,开发的主要目的层为二叠系长兴组,随着勘探的深入,近年来如川深1井已探至更深的灯影组,井深达到了8420 m,井身结构复杂、套管层次多。为解决最后一层小尾管固井时所面临的小井眼、窄间隙及“一超、三高”技术难题,开展了元坝气田超深探井小尾管固井技术研究。优选了抗高温胶乳和纳米硅乳液作为防气窜剂,配套防腐蚀剂,基于颗粒级配原理设计了高密度水泥浆,建立了防止水泥石高温下强度衰退技术和防酸性气体腐蚀技术,开发了抗高温增强型防气窜防腐蚀水泥浆体系,适应温度达180℃,密度1.88~2.25 g/cm3,SPN值<1,水泥石180℃下48 h抗压强度大于14 MPa,弹性模量小于8 GPa,且长期强度不衰退,耐H2S、CO2腐蚀。在元坝7侧1井、川深1井Ø139.7 mm超深小尾管固井进行了应用,固井质量优良率100%,并应用到元坝204-1H井、河嘉202H井、川深1井等3口井的Ø193.7 mm生产套(尾)管固井,固井质量综合评定优良率67%。研究与应用结果表明,高温高压防气窜防腐蚀固井技术可以有效解决元坝地区超深探井及类似高酸性气田固井技术难题。

底水油藏非均质性对水平井开采特性的影响

国内水平井物理模拟中,有关底水油藏储层非均质性对水平井的出水规律影响的研究较少。利用底水油藏水平井开采物理模型,研究了岩心水平方向非均质性对含水率动态分布及采收率的影响。研究结果表明,水平井跟端位于高渗部位时,水平方向渗透率级差越大,含水上升越快;水平井跟端位于低渗部位时,水平方向渗透率级差越大,含水率上升至100%的时间越缓,底水驱采收率越高;岩心底水驱至含水率100%后注入冻胶堵剂,堵水效果较好,含水率明显降低,可提高采收率。实验结果对研究水平井出水规律、预测水锥位置、堵水工艺选择和评价提供了较好的物理模拟参考。

HPAM和疏水缔合聚合物溶液在孤东七区油藏中适应性评价

为了解决孤东七区油藏聚合物溶液流变性与注入性的矛盾,筛选适宜非均质强、储层结构疏松等油藏条件的聚合物,在不同长度岩心中开展聚合物溶液渗流实验.在同一岩心上分段测压,建立聚合物溶液注入性评价方法,对HPAM和疏水缔合聚合物的注入性进行评价;在不同长度岩心出口端取采出液,研究该聚合物溶液在近井和油藏深部阻力因数、残余阻力因数以及黏度分布特性.结果表明:注入HJ的压力梯度上升率为16.37MPa.m-1.PV-1,压力梯度稳定值为5.68MPa.m-1,压力梯度上升率和压力梯度稳定值小于相同质量浓度的DH5和B4的值;从提高波及效率的能力和聚合物溶液的流变性来看,疏水缔合聚合物DH5在油藏深部的阻力因数、残余阻力因数和黏度保留率分别为283.86、39.4和0.713,阻力因数、残余阻力因数远大于相同质量浓度的B4和HJ的值;综合注入性和流变性分布评价可知,1.8g.L-1的HJ好于相同质量浓度的DH5和B4的.

180℃液硅防气窜剂粒径优化及性能研究

为了改善常规液硅防气窜剂在超深井中的防气窜性能,通过在原材料中加入白炭黑和增加砂磨机物理机械研磨等方式,对液硅防气窜剂进行了粒径优化并进行了性能对比评价实验,通过基本性能实验评价了其与水泥浆的配伍性,通过抗压强度、渗透率和胶结强度评价了水泥石的防气窜性能,利用XRD和SEM分析解释了180℃液硅水泥浆体系的防气窜机理。实验结果显示,粒径优化实验制得了平均粒径为300 nm的液硅防气窜剂,与水泥浆配伍性能良好,15%加量以上的液硅使得水泥石抗压强度长期稳定,渗透率小于0.02 mD,胶结强度大于4 MPa,水泥水化产物氢氧化钙极大减少,微观水泥石结构从块状向条状和纤维状转变。研究结果表明,粒径优化后的液硅防气窜剂适用于现有水泥浆体系,能够改善常规液硅防气窜剂在超深井中的应用效果。

致密油储层岩石孔喉比与渗透率、孔隙度的关系

孔喉比是致密油储层岩石最重要的微观物性之一,对储层的剩余油分布与驱替压力影响很大。利用复合毛细管模型,考虑储层岩石的孔喉比、配位数、孔隙半径和喉道半径等孔隙结构参数,建立了致密油储层岩石的微观物性与宏观物性孔隙度、渗透率之间的理论关系式。并用44组板桥地区长6油层组致密油储层岩心的恒速压汞实验数据进行拟合。结果表明:致密油储层岩石孔隙度φ主要受孔隙半径影响,喉道半径控制岩石的渗透率k,孔喉比与φ0.5/k0.25间具有确定的函数关系。利用2组渗透率接近、孔隙度差异较大的岩心驱油实验,证实φ0.5/k0.25值大的致密砂岩,水驱油阻力大。

新型油井水泥缓凝剂的研制

针对大温差长裸眼固井施工中,高温高压下缓凝剂加量敏感或者失效,水泥浆稠化时间缩短或不规律;施工结束后,长封固段顶部强度缓凝会导致气窜和密封完整性失效的现状。通过正交实验优化实验方案,合成耐高温有机缓凝剂,再采取有机-无机杂化的方式匹配适合的无机增强材料,利用无机和有机杂化的方法,设计层状结构,使有机材料能插层或者键合到无机材料表面。在油井水泥浆经历的低温-高温-低温过程中,随无机材料层间距的变化,低温时无机材料起增强主导作用,高温时有机材料起缓凝主导作用。优选了层状石墨烯类和双电子层水滑石类2种无机增强材料,根据无机材料本身的特点研制2种新型油井水泥缓凝剂,其中层状石墨烯类缓凝剂适应性强,耐温能力达150℃,110℃大温差条件下72 h强度大于7 MPa;双电子层水滑石类缓凝剂耐温能力也达150℃,加入该类缓凝剂的水泥浆流变性能易于调节,水化初期强度发展较快,但后期增强能力不如层状石墨烯类缓凝剂。上述缓凝剂室内制备工艺简单,原料易得,具有广阔的推广应用前景。

底水油藏水平井堵剂注入准数及注入选择性研究

设计了底水油藏水平井堵剂注入选择性模型,研究了储层非均质性、水平井井眼轨迹和堵剂注入速度对注入选择性的影响,为底水油藏水平井堵水注入选择性现场工艺提供了实验依据。建立了底水油藏水平井堵剂注入准数,用以判别水平井注入堵剂进入部位,实验结果表明底水油藏水平井堵剂注入准数有较好的判别准确性。利用底水油藏水平井堵剂注入准数分析了储层非均质性和水平井井眼轨迹综合影响时,储层各段分流率与注入速度关系。水平井注入堵剂时,应适当减小注入速度,以保证注入的堵剂尽可能多地进入出水通道。

纳米SiO2防气窜乳液制备及分散稳定性研究

针对高温高压超深油气井防气窜固井技术难题,以纳米SiO2作为原材料制备的防气窜乳液具有良好的抗温性和防气窜效果,但超细纳米材料颗粒表面存在非常多的硅羟基,极易团聚在一起,乳液里的固相材料会沉淀、结块,造成产品失效。本文以搅拌分散为实验手段,研制了纳米SiO2防气窜乳液,通过Zeta电位、表观黏度、粒径分析、稳定性分析等表征方法,研究了影响乳液分散稳定性的化学因素。结果表明:纳米SiO2乳液的pH值应在11~12,颗粒间的静电斥力强,乳液的平均粒径小、表观黏度低,分散效果好;电解质存在压缩双电层效应,可大幅度降低纳米颗粒间的静电斥力,制备纳米SiO2防窜乳液应避免引入电解质;电位阻型分散剂SCNF加量达到5%时就接近饱和吸附量,当分散剂加量过大后,只能对外相水产生增黏作用;加入稳定剂增加了纳米SiO2颗粒的布朗运动阻力,可以大幅度提高纳米SiO2防窜乳液的稳定性,所制得的乳液平均粒径小于200 nm,固含量可达45%,室温下可储存一年以上,底部无析水沉淀现象。

自愈合水泥浆体系在四川地区的应用

针对油气井开发过程中水泥环受损产生裂缝而破坏固井封隔效果,以烃触发溶胀型聚合物为自愈合乳液粒子,形成自愈合水泥浆体系。结果表明,自愈合乳液粒子的粒径在200~250 nm,其加量为10%时水泥石吸油愈合效果及机械性能较佳;8 d内水泥石裂缝愈合率达70%~100%,2 d抗压强度为16.2 MPa,弹性模量为6 GPa;渗流实验结果表明,水泥石出现大于0.1 mm裂缝时,柴油气流速由9 g/min降至6 g/min,小于0.1 mm的裂缝时柴油流速由6 g/min可降低为0。说明自愈合水泥石一旦产生损伤,裂缝中渗入的油气分子使自愈合乳液粒子自发膨胀黏连并逐步修复闭合裂隙,裂缝越小自愈合效果越好,实现了水泥石自愈合修复功能。现场应用表明,该水泥浆体系固井质量优质率达到88.9%,固井及压裂后技术套管均不带压,显示出良好的应用效果。