川深1井固井水泥浆高温沉降稳定性研究与应用

川深1井是一口超深风险探井,完钻井深高达8420m,井底温度178℃,为保证固井质量,水泥浆高温沉降稳定性至关重要。论文结合水泥浆在井底的顶替和静止自由沉降过程,利用高温高压稠化停机实验结合浆杯底部沉降颗粒层的厚度,建立了水泥浆高温沉降稳定性测试评价方法。基于水泥浆高温沉降失稳机理分析,从液相和固相角度出发,基于红外光谱检测分析提出了有机聚合物液相外加剂耐温能力评价技术,结合环境扫描电镜微观结构观察探明了硅砂粗细搭配以及超细材料微硅、液硅、纳米SiO2以及胶乳对水泥浆高温沉降稳定性的影响及其作用机理。论文研究满足了1.90~2.30g/cm^3水泥浆高温150~180℃沉降稳定性的要求,研究措施应用于川深1井五开油层尾管水泥浆体系设计中,水泥浆高温沉降稳定性良好,固井质量优良率88.1%。

基于分形理论的高温固井水泥浆体系设计及评价

目前,深井、超深井的固井作业普遍存在高温高压的挑战,通常使用硅砂和耐温外加剂来提高水泥浆的耐温性。在现有颗粒级配模型的基础上,基于分形理论建立了油井水泥外掺料颗粒连续分布的堆积模型。利用激光粒度分析仪测试了外掺料的粒径分布情况,并依据颗粒百分含量统计数据,得到实现紧密堆积的分形维数范围。结合工程性能评价,加砂量为35%时,选择D值为2.61;加砂量为45%时,选择D值为2.64。形成了高温水泥浆制备方法,并对水泥浆耐温性能进行评价。结果表明,该水泥浆体系最高耐温200℃,加砂量为45%时,可以较好地缓解高温强度衰退情况,粗砂、细砂搭配使用效果较好。高温水泥浆工程性能良好,验证了分形堆积模型设计高温水泥浆体系的合理性。

基于乌式黏度计法的固井聚合物外加剂耐温能力评价方法

高温深井固井质量难以保证,其中一个重要原因是高温下水泥浆综合性能难以保证。目前多使用外加剂调节水泥浆高温性能,这类外加剂多为聚合物。高温下水泥浆的沉降稳定性、滤失量通过使用降失水剂进行调节,稠化时间通过使用缓凝剂进行调节。随着井深增加,井底温度和压力逐渐升高,高温下水泥浆的沉降稳定性、失水及稠化时间调控难度加大,然而少有对聚合物外加剂本身耐温性能的评价方法。因此基于高温下聚合物溶液黏度降低的机理,通过乌氏黏度计评价聚合物溶液黏度变化,推荐一种聚合物外加剂耐温能力评价方法,即测量外加剂高温养护前后分子量变化率(△M),△M绝对值越趋于0,表明耐温性能越好,以此指导高温固井注水泥工作中聚合物外加剂的优选。