热引发聚合方法制备抗240℃水泥浆降失水剂

针对现有水泥浆降失水剂耐高温性能不足的问题,以高温热引发聚合方法替代传统水溶液引发剂聚合方法,设计并合成了抗温为240℃的三元水泥浆降失水剂HTFLA-A。通过实验确定了HTFLA-A的最佳合成条件:水与单体总质量比1∶1,控制温度为150℃,体系pH值为9,反应时间为32 h。并采用红外光谱(FT-IR)、热重分析(DSC/TGA)及核磁共振谱对HTFLA-A进行了表征。结果表明,HTFLA-A为目标预期产物,在439℃时的热失重仅为23.80%,这是由于高温合成过程中去除了单体中不稳定结构和有机合成过程中副反应产物,提升了高分子材料的抗温性能。对HTFLA-A的性能评价结果表明,当HTFLA-A加量为1.2%,可将水泥浆在180~240℃、6.9 MPa时API失水量控制在50 mL以内。

一种新型超高温固井水泥浆缓凝剂

深层超深层已成为中国油气增储上产的重要领域,但油气勘探开发难度加大,尤其是深井超深井超高温复杂工况下固井作业安全和固井质量难以保障,对超高温固井水泥浆技术提出了严峻的挑战。其中,缓凝剂是保障深井超深井固井作业安全的关键材料,直接决定着固井作业的成败。然而,目前国内聚合物缓凝剂耐温能力不超过200℃,无法满足井底循环温度超过200℃的固井需求,超高温缓凝剂仍主要依赖进口。为了给深层超深层油气勘探开发提供技术支撑,通过分子结构优化设计、耐温抗盐基团有效介入,采用自由基水溶液聚合方法制备出超高温固井水泥浆缓凝剂DRH-3L,并对其综合性能进行了评价。研究结果表明:①DRH-3L适用温度范围广(70~220℃),缓凝性能优异,220℃下水泥浆稠化时间在500 min以上;②水泥浆稠化时间与加量、温度呈良好的线性关系;③与常用降失水剂配伍性良好;④在50~120℃大温差条件下,水泥石强度发展迅速且对高温水泥石力学强度发展无不利影响。结论认为,所研发的新型水泥浆缓凝剂在超高温深井超深井等复杂井固井中具有良好的应用前景。

碳纳米管改性水泥石力学性能研究

随着非常规油气的勘探开发,超深井、复杂井、页岩气井等对固井质量的要求越来越高,现有水泥基材料性能已经不能满足要求,需要探索新型材料在水泥基材料中的应用以及对水泥石的性能改造。从碳纳米管自身的特点出发,制备稳定性较好的碳纳米管分散液,通过水泥石抗压强度、抗折强度测试、单轴三轴力学性能实验以及微观结构测试对碳纳米管的加量范围、分散效果进行了讨论,分析碳纳米管对水泥石力学性能的影响规律。实验结果表明,0.05%～0.1%碳纳米管加量能够提高水泥石的抗压、抗折性能,并且随着龄期的增长其增强效果更加明显;碳纳米管能够降低水泥石的弹性模量,同时增大塑性形变,使水泥石韧性增加;碳纳米管对微观结构的增强增韧机理表现为拨出、桥联、纳米诱导效应和网状填充效应,经过分散的碳纳米管与基体的相容性较好。

中国石油固井技术进展及发展建议

经过"十二五"的技术攻关,中国石油固井技术取得很大进步,在大温差长封固段油气井、深层复杂天然气井、页岩气及储气库井等类井的固井技术以及提高顶替效率等方面均取得重要进展;抗高温水泥浆、大温差水泥浆、韧性水泥、磷酸盐水泥、自愈合水泥等固井材料的现场应用获得良好效果;常规固井工具日益成熟,特殊固井工具取得突破;固井装备实现更新换代;固井质量智能化控制技术取得初步进展;水泥环密封完整性、水泥增韧改造机理等固井基础理论研究日益深化。由于油气勘探开发对象日益复杂,以及受低油价、工作量缩减、技术竞争加剧等因素影响,"十三五"期间固井行业将面临一系列新的挑战,需进一步提升技术创新力及核心竞争力,在复杂深井超深井、复杂天然气井、复杂调整井、非常规油气井及井筒密封完整性等方面开展深入持续的研究工作,为油气勘探开发提供更为强有力的技术支撑。

多因素作用下储气库注采井油管接头气密性分析

储气库注采井油管接头在服役期间,套管接头处会承受拉、压载荷以及交变压力等,对套管接头气密性产生影响。为研究不同工况下接头主密封面等效应力变化以及分布规律,采用SOLIDWORKS软件和ANSYS软件对特殊螺纹套管接头进行应力分析,确定井口部分为套管串气密性危险点以及主、次密封面过盈量。研究结果表明:为满足特殊螺纹接头气密性及安全性需求,在高内压工况下主、次密封面过盈量应分别为0.05、0.01mm,在低压工况下可适当增加次密封面过盈量,以提高气密性;在实际储气库运行周期中,由于交变载荷的作用,接头主密封面有效密封长度会发生变化,甚至在应力集中区域会发生塑性变形,严重损害接头气密性。因此建议在储气库中使用高屈服强度材料的特殊螺纹接头,以满足不同工况下对接头气密性、安全性要求,同时适当增加次密封面过盈量,使密封面等效应力分布更加均匀。

CNPC's New Progress in Well Cementing Techniques

Well cementing is an important step in petroleum engineering territory. Through many years study and research, China Nation Petroleum Corporation(abbreviated as CNPC) has made many good progresses in cementing process, and a series of cementing materials, cementing tools, and associated cementing techniques to them have been developed. Over the recent years, there have been significant improvements in application of single slurry system to super deep well, horizontal well, large displacement well and wells with large temperature span between cementing top and well bottom. Favorable results have been gained in field application of super high density cement slurry system and super low density cement slurry system. Application of conventional cementing tools and accessories has been the matured techniques, and breakthroughs have been made in liner hanger and swellable material.

环氧磷酸缓凝剂研发及抗220℃常规密度水泥浆综合性能

针对油井水泥常用缓凝剂在200℃以上稠化时间不稳定问题,笔者以官能团和聚合物功能结构为基础,对抗高温缓凝剂进行分子结构设计。以AMPS、SAS、NVP、AM和环氧丙基磷酸5种单体制备了一种五元抗高温缓凝剂NPAAS-1。采用红外光谱、热重分析以及核磁共振H谱对NPAAS-1进行表征。结果表明,缓凝剂NPAAS-1为预期产物,300℃时失重仅为22.30%。通过其性能评价可知,NPAAS-1在200℃以上具有很好的缓凝性能,且稠化时间与加量呈线性关系。在220℃下,缓凝剂加量为3.5%时,稠化时间为297 min;加量为4.5%时,稠化时间为530 min。可以实现对超高温环境下水泥水化速率的有效控制。

气井井筒温度场及温度应力场的理论解

基于传热学及弹塑性力学相关理论,结合固井水泥环实际密封工况,建立了2套数学模型:任意井型气井井筒温度场模型、套管-水泥环-地层围岩组合体温度场及温度应力场模型,形成了解析求解算法及工程分析软件,研究了温度应力场的影响因素。研究结果表明:产量对井筒温度场影响较大;高压高产气井的浅层固井水泥环温升明显,应提前分析预测其温度场及温度应力场的变化以决定是否加砂提升抗温性能;韧性好、弹性模量低、高强度(尤其是抗拉强度)、纵向胶结强度高的固井水泥环,更能在温升幅度较大时保持良好密封性能;两层或多层水泥环封固,相较于单层水泥环封固的情形,安全系数更高。该理论解可以提前分析预测温度对固井水泥环有效密封的影响,针对性优化设计固井水泥浆体系。