MTA凝饼形成剂低温稳定性能的研究

MTA凝饼形成剂在低温环境中出现的析晶现象给MTA方法的推广和应用提出了新的挑战,充分认识MTA凝饼形成剂的低温稳定性能具有重要的理论意义和使用价值。通过单因素析晶对比试验可知,温度降低是溶质析晶出现的主要原因。通过离子色谱(IC)测试分析析晶前后阴离子浓度(主要是Cl-、NO3-、SO42-)的变化,确定析出的晶体为十水硫酸钠。研究发现,GA-ⅠA溶液中同时存在同离子效应和氢键作用,其中同离子效应不利于硫酸钠溶液的稳定,而氢键作用则可以促进硫酸钠溶液的稳定,在一定条件下,两者相互作用处于一个动态平衡,共同影响MTA凝饼形成剂的低温稳定性能。

连续油管新型钻塞胶液在JY25-1HF井的应用

在连续油管钻磨桥塞施工中,由于连续油管设备及钻塞液的限制,钻屑难以返出井口,易出现憋泵、卡钻等复杂情况。为此,对现有连续油管钻塞液进行优化改性,引入多糖类高分子化合物为流型改性剂,通过材料优选及性能对比,研发出新型钻塞胶液。通过判别,该新型胶液属于幂律流体,计算得出,原钻塞胶液在管柱内和环空内均为紊流,循环压耗均为0,而新型钻塞胶液在管柱内为紊流,在环空内为层流,而循环压耗分别为1.7 MPa、0.116 MPa。新型钻塞胶液在涪陵JY25-1HF井连续油管钻磨桥塞施工中进行了试验应用,在注入10 m3时循环泵压最高,为1.80 MPa,与理论计算结果基本吻合,误差在1.80%。应用效果表明,新型钻塞胶液综合携带能力显著提高,携带量提高了2倍以上,值得进一步推广应用。

涪陵地区页岩气水平井低承压配套固井技术

受焦石断背斜两侧的大断裂带影响,涪陵南区及边界井目的层裂缝发育,钻井漏失复杂情况逐渐增多,而在油基钻井液条件下堵漏提承压材料相对较少,固井时存在较大的漏失风险,极易导致水泥浆返高不够而形成漏封,严重影响全井封固质量。通过对现场情况的摸索和总结,对前置液、水泥浆体系和固井施工工艺进行防漏堵漏优化研究,在有效提高固井质量的同时增强封堵能力,形成了一套成熟的页岩气水平井低承压配套固井技术,并在涪陵工区漏失复杂井进行了广泛应用。应用效果表明,固井优良率由初期的64.28%提高到了80%,固井质量明显回升,这套固井技术能够满足涪陵地区固井施工易漏失井的固井技术要求。

平桥区块深层高压页岩气水平井固井技术

涪陵二期平桥区块具有页岩埋藏深、地层温度和压力高的特点。在分析深层高压页岩气水平井固井技术难点的基础上,对套管串结构、前置液体系、水泥浆体系和固井施工工艺等几个方面进行防漏防窜研究,在有效提高固井质量的同时防止气侵和环空气窜的发生,形成一套可行的深层高压页岩气水平井固井技术,且在焦页108-4HF井进行了成功应用,固井施工正常顺利,水平段全优质,全井优良率达到94.6%,固井质量达到设计要求。

MTA方法防气窜固井技术在涩北气田的应用

柴达木盆地涩北气田为第四系疏松砂岩气藏,气层分布段较长,浅层气窜问题突出,尤其是固井二界面的胶结质量难以保证.为此,拟采用在油井中成功应用的泥饼仿地成凝饼（mud cake to agglomerated cake,简称MTA）方法来解决气层段固井防气窜难题.该方法分为3个步骤：①分别对GM-Ⅱ型泥饼改性剂与钻井液流变性、GA-Ⅲ型凝饼形成剂与水泥浆稠化时间进行了室内评价,观察其对钻井液流变性、固井水泥浆稠化时间的影响;②钻开气层前在钻井液中缓慢加入一定量GM-Ⅱ型泥饼改性剂,并维持此比例至完井;③以GA-Ⅲ型凝饼形成剂为基础配制3 m3前置液,确保它与井壁泥饼的接触时间达到1.5～2 min.开展了6口井施工作业,生产现场固井施工一次成功率达100％,固井质量一次合格率达100％,固井一、二界面胶结质量优质率分别为95.16％～100％,80.01％～98.11％.采用MTA方法防气窜固井技术,可使固井二界面胶结强度大幅度提高6.53～23.21倍,为解决浅层气井固井质量问题提供了新的技术手段.

油井水泥浆与多功能钻井液泥饼界面离子扩散阻碍机理

对泥浆转化为水泥浆(MTC)固井液水化离子可扩散进入多功能钻井液泥饼的机理已有研究,但对油井水泥浆水化离子不能扩散运移进入多功能钻井液泥饼的机理尚未清楚。采用离子色谱仪、原子吸收分光光度计和X射线衍射仪,从油井水泥浆与MTC固井液离子组成的差异性入手,对油井水泥水化离子向多功能钻井液泥饼扩散运移的阻碍机理进行了研究。结果表明,油井水泥浆中Ca2+的质量分数远远大于MTC固井液中Ca2+的质量分数,在油井水泥与多功能钻井液泥饼界面生成了CaCO3、CaSO4和Ca(OH)2,而MTC固井液中Na+的质量分数则大于油井水泥浆中Na+的质量分数;Na+可改变泥饼中活性颗粒表面的ζ电位和破坏钻井液有机处理剂表面形成的水膜是MTC固井液中水化离子能扩散运移进入多功能钻井液泥饼的主要原因,而在油井水泥与多功能钻井液泥饼界面生成的CaCO3、CaSO4和Ca(OH)2沉淀堵塞孔道则是油井水泥浆水化离子不能扩散运移进入多功能钻井液泥饼的主要机理。

滤饼固化剂在元页HF←1井的应用

为了提高页岩气井的固井质量,在元页HF1井244.5mm套管固井时试验应用了滤饼固化剂。采用元页HF-1井实际使用的钻井液和水泥浆,根据自主建立的固井第二界面胶结强度评价方法,评价了GJ-Ⅰ型滤饼固化剂和GJ-Ⅱ型滤饼固化剂对固井第二界面胶结强度的作用效果。评价结果表明,在分别养护3,7,15和30d的条件下,采用滤饼固化剂的固井第二界面胶结强度比常规固井第二界面胶结强度分别提高了629.03%,222.37%,241.43%和273.33%。现场固井试验后的声幅-变密度测井结果表明,封固段相对声幅值≤15%的井段占全井段的93.49%,固井质量为优质。研究表明,滤饼固化剂可大幅度提高页岩气井固井第二界面胶结强度,可提高页岩气井的固井质量。

MTA固井技术在煤层气井中应用的实验研究

MTA固井技术在油气田中的运用已经取得了显著效果,能够提高二界面的抗剪切强度以及抵抗地层水对二界面的冲蚀。通过室内实验,对MTA固井技术在煤层气井中的运用进行探索。实验结果表明,MTA技术在煤层气井的固井模拟实验中,也能够有效的提高二界面的抗剪切强度,实现二界面的整体固化胶结,抵抗地层水对煤层气二界面的冲蚀,这些特点对于提高煤层气井的产能具有重要意义。作为一种施工简捷、效果显著的固井技术,MTA固井方法在煤层气井中的应用前景是极为广阔的。

固井二界面泥饼的固化反应

对比考察了现有技术和泥饼固化(MCS)技术的固井二界面胶结强度,通过环境扫描电子显微镜(ESEM)考察了固井二界面泥饼的微观形貌,并通过差示扫描量热仪(DSC)测试对固化反应动力学进行了动态分析。实验结果表明,95℃水浴养护3 d、7 d和15 d条件下,MCS技术的固井二界面胶结强度分别较现有技术的平均提高了439.33%、471.37%和194.11%。ESEM分析表明,MCS技术使固井二界面胶凝固化为一个胶结致密整体,泥饼固化效果显著。在泥饼固化剂作用下,泥饼发生了溶蚀-胶凝固化反应,实现了固井二界面整体固化胶结。Kissinger法和Ozawa法求取的固化反应表观活化能分别为101.33 k J/mol和106.55 k J/mol;固化反应级数为0.95,泥饼固化反应是由多个简单反应复合而成的复杂反应。

高效驱油清洗液的研制与现场应用

页岩气水平井油基钻井液施工过程中,泥饼和油膜清除困难,易出现固井质量差、甚至环空带压等工程技术难题。基于微乳增溶原理,以脂肪醇、环氧乙烷和环氧丙烷为原料制备了改性聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物表面活性剂,并与十二烷基苯磺酸钠复配制得驱油清洗剂QX-1。将QX-1与隔离剂GL-1、加重剂重晶石粉(23μm)和水混合制得高效驱油清洗液。评价了该清洗液的沉降稳定性、清洗效率、界面胶结强度及相容性等,并在涪陵页岩气井产层固井进行了现场应用。结果表明,高效驱油清洗液在60~90℃下的沉降稳定性良好,驱油清洗效率高。QX-1加量为20%时,高效驱油清洗液对模拟固井一界面的清洗效率达93.94%,对模拟固井二界面的泥饼去除效率达91.16%;且清洗后的界面具有润湿反转特性,有效增大了界面的胶结强度。现场应用结果表明,高效驱油清洗液与涪陵页岩气田油基钻井液和固井水泥浆的配伍性良好,固井合格率100%,固井优质率达92.73%,可改善由于界面胶结质量差导致的套管环空带压问题。

页岩气水平井低密度防窜水泥浆增稠机理

针对四川盆地涪陵页岩气加密井遇到地层漏、承压低问题,优化设计了一种以漂珠为主要减轻剂的低密度水泥浆体系,该体系具有浆体稳定、失水低、流变性好、稠化时间可控等优点。然而在稠化实验升温升压初始阶段,出现了稠度快速增大现象,为注水泥施工带来了安全隐患。通过稠化实验和流变实验分析导致浆体增稠的因素,探讨漂珠低密度水泥浆体系的增稠机理。结果表明:①导致漂珠低密度防窜水泥浆体系在升温升压阶段稠度增大的主要原因是漂珠破碎和抗压强度低,漂珠中的气泡溶入浆体中,增大了浆体的稠度;②基于漂珠低密度防窜水泥浆增稠机理,选择合适的强效消泡剂、流型调节剂和高强度漂珠可以减缓漂珠低密度防窜水泥浆体系初始稠度增大的程度,从而保证施工安全。

抗高交变载荷水泥浆的研制及其在涪陵页岩气井的应用

针对页岩气井普遍存在的套管环空带压问题,从提高固井水泥环长久密封完整性角度出发,研制了具有钢筋混凝土力学性能的絮状弹韧性材料DeForm,并以其为基础配制了一种适应页岩气井大型分段压裂的抗高交变载荷水泥浆。室内性能评价试验结果表明,该水泥浆具有优良的弹韧性和耐久性,可有效提高水泥环的抗交变载荷能力,实现水泥环与套管的同步形变,保证井筒的长久密封完整性。该水泥浆在涪陵页岩气田9口井进行了现场应用,固井优质率达到88.9%,套管环空带压率为0,效果非常显著,为预防页岩气井套管环空带压提供了新的技术途径。

连续油管临时封井注水泥技术在涪陵页岩气田的应用

在完成页岩气开发井压裂试气评价工作后,因现场实际情况暂未达到试采条件,为满足同平台后期钻井施工要求,需对气井进行连续油管临时封井注水泥作业。针对连续油管临时封井注水泥工艺存在的技术难点,从桥塞选型、坐封方式、水泥浆体系、注替流程和循环洗井施工工艺等方面进行优化改进,形成一套成熟的连续油管临时封井注水泥技术。在涪陵工区JYX-6HF井等5口井进行了成功应用,取得了良好的应用效果。

页岩气超长水平井预控水泥环封固失效水泥浆技术

页岩气超长水平井储层改造时,需进行多段的水力压裂施工,水平段水泥环在多次循环载荷下的密封完整性问题尤为重要。为此,基于岩石微裂纹的演化过程,设计了一种Superflex增韧剂,强化微裂纹处纤维的桥连作用,增强微裂缝尖端弹塑性,阻断微裂纹扩展,降低水泥石塑性形变,从而可以有效预防和控制水泥环封固失效。基于此增韧剂,构建了抗循环载荷弹韧防气窜水泥浆体系,采用常规评价仪器、高温高压岩石流变仪和页岩物性测定仪等手段,综合测试了水泥浆常规性能及防气窜性能,重点讨论了水泥石的强度和韧性特性,并评价了该水泥浆体系的现场适用性。研究结果表明:①Superflex增韧剂与水泥浆相容性好,不影响水泥浆体系的其他性能,且在不牺牲强度的前提下,改善了水泥石的弹韧性。②抗循环载荷弹韧防气窜水泥石承受循环载荷70次后,塑性形变小,保持完整,具有良好的抗循环载荷能力,能够有效地预控超长水平井水泥环封固失效问题。③该水泥浆体系现场应用于水平段长2700余米的超长水平井,固井质量优良,经分段压裂后,环空不带压,显示了较好的工程应用效果。