水泥窑灰替代粉煤灰的固井水泥浆体系研究

以50%API G级水泥和50%粉煤灰组成的混合材,并以0%、5%、15%、30%窑灰替代混合材,在20℃评价窑灰在粉煤灰水泥浆中的应用性能。结果表明,随着窑灰替代量的增加,水化反应的诱导期逐步缩短、热流曲线的峰值到来时间逐步提前、静胶凝强度的发展时间及稠化时间呈现缩短趋势,说明窑灰具有低温早强作用;虽水泥浆表观黏度随窑灰替代量增加有所降低,但水泥柱上下密度差仍在0. 025～0. 033 g/cm^3之间以及API失水呈现减少趋势,说明窑灰具有稳定水泥浆体的作用;可能由于窑灰属于非胶凝材料,累计放热量、绝热条件下的最高温升及后期强度(6 d)均呈现下降趋势。上述结果表明,在构建低温早强和低水化热的深水固井水泥浆体系构建中,窑灰应具有应用潜力。

海洋深水固井温度模拟技术

目前,海洋深水钻井已经超过3 000 m水深,但随着水深的增加,海水温度逐渐降低,而在低温下,水泥浆对温度很敏感,1～2℃的偏差会导致水泥凝结时间产生很大的变化,这就给固井带来了很大的挑战。因此,准确模拟深水注水泥过程中温度的变化是深水固井成功的关键。探讨了深水固井注水泥过程中水泥浆的温度变化、水泥浆候凝期的水化热情况,介绍了模拟注水泥过程中和候凝期温度变化的方法和措施,以指导水泥浆设计。

氯化钙/聚合物钻井液体系室内研究

氯化钙/聚合物钻井液是一种钙含量高、抑制性强、密度高的新型钻井液,适用于高活性泥页岩地层。对氯化钙的抑制性进行了研究。对氯化钙/聚合物钻井液配方进行了优选。该钻井液必须选用抗温抗钙性能好的聚合物,配制难点在于其高温稳定性和滤失性问题,pH值应控制在9～10之间。评价了氮化钙/聚合物钻井液的性能、抑制性、固相颗粒粒度分布以及保护油层性能。试验表明,该体系具有很强的页岩抑制性;具有良好的流变性、降滤失性和抗温能力(达150℃);亚微颗粒含量少,能显著提高机械钻速;岩心渗透率恢复值高(96.2％),有利于保护油气层。

用高压微量热仪评价深水钻井液气体水合物抑制性

评价水合物生成的传统方法一般存在需要大型设备、实验周期长、精确性差等问题,为此建立了一种评价深水钻井液气体水合物抑制性的新方法———DSC技术。在了解气体水合物生成环境、对深水钻井的危害及传统评价方法的基础上,利用高压微量热仪的特点,研究了甲烷气体在不同液体介质中生成气体水合物的规律,建立了钻井液气体水合物抑制性评价方法,给出了用DSC技术评价盐水和深水钻井液气体水合物抑制性实例。研究表明,用高压微量热仪测试钻井液水合物抑制性的方法快捷、方便、准确,测试结果与传统方法吻合,深水水基钻井液体系具有较好的水合物抑制性能。

深水固井水泥浆技术研究

针对深水低温固井常遇到的问题,分析了深水表层浅层流的危害及防窜机理,介绍了深水固井水泥浆设计原理,提出了室内开发的深水低温水泥浆体系。

应用DSC技术评价深水钻井液气体水合物抑制性

在海洋深水钻探过程中,低温高压条件易促成气体水合物的形成,对钻井作业带来很大的危害,必须加以预防。预防气体水合物危害的通常方法是在深水钻井液中加入水合物抑制剂增强其水合物抑制能力,这就需要对深水钻井液的抑制性有一个合理的评价。用传统评价水合物抑制剂的PVT技术来评价钻井液存在一定的不足。介绍了一种评价深水钻井液气体水合物抑制性的新方法———DSC技术,并阐述了其技术原理,同时评价了室内开发的适合于深水钻井的水基钻井液体系的水合物抑制性能。

超深水低温低密度水泥浆体系的研究与应用

目前中国南海的钻井水深已接近3000m,随之带来低温、水泥石早期强度发展缓慢等问题。针对超深水的固井技术难题,开发出了新型低温低密度水泥浆体系,包括改性人造空心玻璃微珠减轻材料,配套深水降失水剂PC-DG74L、深水分散剂PC-F46L。这套体系具有更优良的低温早强性能,满足超深水固井作业需求,并在超深水井LS18-1-1中成功应用。

油井水泥用合成聚合物降失水剂现状及发展趋势

目前在油井水泥降失水剂领域,合成聚合物降失水剂再度成为研究的热点和重点。这类降失水剂种类繁多、性能优异,有很好的应用前景。介绍了近几年国内外推出的几种新型合成聚合物降失水剂,提出了对合成聚合物降失水剂发展趋势的几点看法。

深水表层固井硅酸盐水泥浆体系研究

针对海洋深水表层套管固井作业,介绍了一种密度可调(1.20～1.80 kg/L)的低温低密度G级硅酸盐水泥浆体系。对低温低密度G级硅酸盐水泥浆体系的设计原理与水泥浆组分以及不同密度水泥浆配方进行了详细的论述,并对该水泥浆体系在深水环境下的性能进行了评价。结果表明,低温低密度G级硅酸盐水泥浆体系在低温环境下具有较高早期强度、低失水量以及良好的流变性和稠化性能,其中密度为1.20 kg/L的水泥浆在3℃温度下的稠化时间≤560 min,稠化过渡时间≤60 min,API失水≤70 mL,水泥石在5℃温度下养护24 h后的抗压强度≥3.5 MPa。这表明低密度G级硅酸盐水泥浆体系具有良好的低温性能,能够满足海洋深水表层套管固井作业要求。

深水固井低温水泥外加剂的开发及应用

针对深水固井面临的低温、海底松软地层、浅层流等技术难题,采用单体复配技术开发了新型深水固井低温早强剂PC-DA92S、PC-DA93L,采用悬浮聚合技术开发了低温降滤失剂PC-DG72S。根据南海海域钻探的实际井况,研制出了适合现场应用的2种低温水泥浆,对该水泥浆在深水环境下的性能进行了评价。在南海LH16-1-1井的现场应用结果表明,2种低温水泥浆体系低温早强效果良好,具有失水量小、防气窜能力良好、稠化时间易于调整、水泥浆性能稳定等优点,能够满足现场施工要求,可用于海洋深水表层套管固井。

一种固井用腐植酸-AMPS/DMAM/FA接枝共聚物降失水剂

采用自由基聚合法将AMPS、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)、反丁烯二酸(FA)进行接枝共聚,在AMPS∶DMAM∶FA为1∶0.38∶0.08,单体总量与腐值酸钠的质量比为1∶0.2、引发温度为60℃,单体溶液的pH为7的条件下,合成了一种抗高温油井水泥降失水剂G85L,为黑色黏稠液体,固含量为20%。通过单体残留分析与红外表征证明了合成产物为接枝共聚物,并通过热重分析证明该产品抗温达265℃。参考API RP 10B-2 2013进行实验,评价了该产品在水泥浆中的各项性能,结果表明,该产品不仅在中低温有较好的控制失水能力,当加量为4%时可以将API失水量降至40 m L,而且在高温条件下也具有较强的控制失水能力,200℃下失水量可以控制在50 m L以内,并且对水泥浆的稠化时间、抗压强度无副作用,与多种水泥浆体系配伍性好,是一种普适性优良的抗高温产品。

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。

纤维增韧小井眼水泥浆性能研究

由于小井眼环空间隙小的特点,小井眼固井较常规井眼固井有更大的难度,对水泥浆提出了更高要求。文中研究了由改性纤维XW-5构建的密度为1.50,1.85,2.00g·cm-3的水泥浆的性能。结果表明,该水泥浆流变性好,滤失量控制良好,浆体稳定性好,稠化过渡时间短,早期抗压强度高,抗冲击功和抗折强度高,且具有很好的防漏效果,能够满足小井眼固井要求。

防窜增强剂对深水低温水泥石三轴力学性能的影响

深水表层固井面临着温度低、地层疏松、浅层流等技术难题,国内外研究人员在这些方面做了大量的研究,但针对深水低温水泥石的三轴力学性能的研究鲜有报道。因此,利用美国GCTS公司三轴岩石力学测试系统对密度为1.5 g/cm3的水泥石在低温条件下,不同养护期的三轴力学性能进行了分析研究。结果表明,加入防窜增强剂PC-GS12L后,深水固井水泥石在围压作用下弹性区内的力学形变能力增加,而且水泥石在围压作用下的力学形变规律表现为伪塑性。

新型高温缓凝剂PC-H42L的室内合成与评价

为解决深井和超深井固井难题,克服一般缓凝剂材料不耐高温或过敏感等问题,将2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和2种不饱和羧酸单体在加入引发剂条件下进行聚合反应制得高温缓凝剂PC—H42L。研究结果表明,PC-H42L适应温度范围广,抗高温能力强;PC—H42L对水泥浆的沉降稳定性、失水性能和抗压强度无不良影响;加入PC-H42L的水泥浆稠度稳定,且具有良好的防窜性能。

人造微珠表面改性及其在水泥浆中的应用

通过氨基硅烷偶联剂对人造高强度空心玻璃微珠(简称人造微珠)表面进行改性处理,降低人造微珠表面的吸湿性,减少结块现象。使用改性人造微珠制备了低密度油井水泥浆,并对水泥浆性能进行了评价,结果表明,改性后的人造微珠不破坏水泥浆的各项性能,与其他材料配伍性良好。

粉煤灰矿渣对油井水泥石自愈合性能的影响

将粉煤灰和矿渣加入普通硅酸盐水泥中,制备了自愈合水泥浆体系,并对其抗压强度、自愈合性能进行了测试.结果表明,固化24 h后水泥石的抗压强度随粉煤灰、矿渣以及粉煤灰矿渣复合加量的增加而降低.水泥石产生裂缝后愈合28 d,CB、CFSL_(35%)水泥浆体系断裂渗透率分别降低6.8%、60.3%,CB水泥浆体系微裂缝宽度仅减少0.008 mm,CFSL_(35%)水泥浆体系的表面微裂缝已实现愈合.水泥石的微观结构表明,粉煤灰和高炉矿渣进一步水化产生C-S-H凝胶使水泥石微裂缝愈合.

二元赤铁矿粉粒度级配技术研究

以颗粒级配和紧密堆积理论为基础,优选不同粒度的赤铁矿粉为加重材料,按照不同比例二元复配加入到山东G级高抗硫油井水泥中,通过对水泥浆流变和强度性能的测定,研究了颗粒级配与高密度水泥浆性能的关系。研究结果表明,流变和强度性能好的配方,其级配曲线表现出两种形式,一种是颗粒较细,粒径全部在10um以下;另一种是在10um附近(5um^30um)出现明显的断层区,即该粒径范围的颗粒较缺失,而该粒径范围恰是水泥颗粒的主要分布区,与水泥颗粒形成连续级配,对强度和流变性更有利;流变性能较差的配方,超过70%颗粒的粒径大于10um,尤其是3um^10um的颗粒最为缺失。此结论可作为多元铁矿粉复配的参考。

海水型聚合物降失水剂的研制

利用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)、不饱和羧酸等制备了一种低分子量聚合物降失水剂G83L,将其分子量较高的降失水剂G80L进行了对比,实验发现:合成的G83L更适合于海水水泥浆体系,可避免海水引起的水泥浆增稠现象,且控失水能力良好,对稠化时间影响可控。

ASDD试验井深水表层固井水泥浆体系研究与应用

简要介绍了海洋深水表层固井水泥浆体系所处的复杂情况，并针对ASDD试验井深水低温等复杂情况，开发出一套适合于深水表层固井的低温低密度高强水泥浆体系，并对其性能进行了详细的评价。最后介绍了现场作业情况。研究表明，开发的水泥浆体系满足了ASDD试验井固并技术要求，水泥石在低温下有足够的强度，水泥环与20in套管间的剪切胶结力远远大于浮筒产生的浮力，套管被拔起的可能性很小，保证了ABS的试验成功。