防漏堵漏低密度水泥浆技术

跃进3-3XC井完钻井深达9432 m,水平钻进距离超过3400 m,刷新了亚洲最深和超深水平大位移井的纪录。该井地质结构复杂,施工难度大,对水泥浆性能要求高,除了高温、高压外,地层承压能力低,极易发生漏失。针对此类问题,通过研发新型功能性材料,构建了C-Lo PSD(1.30 g/cm^(3))、C-Lite STONE(1.60 g/cm^(3))与C-Hi PSD(1.40 g/cm^(3))三套低密度水泥浆体系,涵盖了中低温、高温等应用条件,并在跃进3-3XC井中成功应用,水泥浆性能满足固井需求。与之前用水泥浆体系相比,混浆效率、流变性、悬浮稳定性、水泥石抗压强度等明显提升。其中,C-Lite STONE(T_(BHC)=75℃/T_(TOC)=30℃)与C-Hi PSD(T_(BHC)=145℃/T_(TOC)=105℃)水泥浆体系在温差分别为45℃和40℃下,顶部48 h抗压强度达到8.1 MPa和14.3 MPa。跃进3-3XC井在施工期间多次遭遇漏失,通过使用自研的新型堵漏材料C-B62和C-B66,成功封堵裂缝,保证了固井施工的顺利进行。

基于紧密堆积理论的深水低密度三元固相水泥浆体系

深水浅表层固井作业过程中由于海底低温导致水泥环早期力学强度发展缓慢、内部密实度不高,易引发水气窜流,进而导致固井质量低劣甚至密封失效等复杂情况。为此,采用分形特征方程对G级油井水泥、纳米CaCO_(3)(NC)和漂珠(CS)进行紧密堆积,然后结合室内实验评价,优选出了一套密度为1.50 g/cm^(3)的具有低温早强性能的三元固相水泥浆体系,并利用抗压强度测试、XCT、SEM等方法对紧密堆积体系的增强机理进行了表征和分析。研究结果表明:(1)三元紧密堆积体系早期力学强度发展快速,在10℃的低温条件下,24 h抗压强度可达3.5 MPa以上;(2)相比于相同密度的NC二元体系和CS二元体系,孔隙率降低了19.10%~33.05%,抗压强度提高了7.0%~21.1%;(3) NC可以为水泥水化提供成核位点、填充细化孔隙,CS可以部分替代水而提高体系致密性,在两种材料的协同作用和紧密堆积效应下可实现早期力学强度的快速发展。结论认为,三元固相级配水泥浆体系利用紧密堆积理论发挥了3种材料的各自优势,进而实现了早期力学强度的快速发展,对于深水井表层套管固井作业防止水气窜流具有很好的理论指导意义和应用推广价值。

低密度水泥浆体系在WS2-5井的应用研究

WS2-5井由于地层压力的系数相对偏低,因而在钻井施工时经常出现漏失的问题,应用常规的水泥浆体系也不能达到固井标准的相关要求。针对这一问题,研制出了一种适用于地层压力系数偏低的低密度水泥浆体系。通过室内实验进行评价之后发现,本文所研制的水泥浆体系其流变性以及沉降稳定性都处于较好的水平,且水泥石拥有较好的抗压强度,在将其应用于WS2-5井的钻井施工后,没有出现漏失的问题,取得了很好的固井效果,适用于类似井的钻井施工。

高强度超低密度水泥浆体系实验研究

国内外利用颗粒级配和紧密堆积理论研究开发了1．20～1．65kg／L的低密度水泥浆体系，解决了固井中的许多技术难题。但是，对于密度为1．15～1．30kg／L的超低密度水泥浆体系还缺乏系统的研究。以最紧密堆积和颗粒级配理论为依据，建立了最佳模型，精选出了以G级水泥、微细水泥、空心微珠和玻璃微珠为主体的四级颗粒级配系统，配合适量的激活剂研究出了密度为1．15～1．30kg／L的超低密度水泥浆体系，并率先在实验室模拟出了超低密度水泥浆返至地面的室温候凝施工过程。解决了低密度水泥浆体系的稳定性和高早期强度等难题，具有良好的性能和现场推广应用价值。

低压易漏深井大温差低密度水泥浆体系

针对塔中低压深井长封固段大温差固井面临的低密度水泥浆高温稳定性差、易漏失、返出井口后长时间无强度等固井技术难题，开展了密度1．20～1．60g／cm。大温差低密度水泥浆体系研究。从抗压、抗剪切性能、颗粒形态等方面对漂珠进行优选；基于颗粒级配原理，从提高水泥浆稳定性和抗压强度出发对减轻剂、填充剂、超细材料进行优选及合理组配，结合缓凝剂和降失水剂之间的协同作用，设计出一套长封固段大温差低密度水泥浆体系。实验结果表明：该低密度水泥浆体系流变性好，失水低，模拟工况条件下，水泥浆上下密度差小于0．02g／cm3，稠化时间和强度发展满足施工要求，能满足温差70～120℃、一次性封固6000m左右的固井需要。

高强度低密度水泥浆体系的研究

深井、高温井固井施工中水泥封固段顶底温差大,一次封固井段长,易发生水泥浆漏失、低返等问题,固井存在许多困难和风险。依据紧密堆积理论,研究出了低密度水泥浆体系并对其性能进行了综合评价。评价结果表明,该体系具有密度低、强度高,失水量小,流变性及稳定性好,耐高温、耐腐蚀及长效性等特性。现场应用200多井次,结果表明,使用该水泥浆体系,固井合格率为100%,优质率达90%,能有效解决长封固段低压易漏层油气井固井过程中的难点,保证了固井施工质量。

深水固井液体减轻低密度水泥浆体系

与传统的表层固井技术不同,深水表层固井由于受到深水环境和现场条件限制,对固井作业提出了新的要求。针对深水表层固井的难点,开发了一种新型液体减轻剂PC-P81L,并以其为主体构建出了深水固井液体减轻低密度水泥浆体系。室内实验结果表明,PC-P81L作为减轻剂对水泥浆具有密度调节作用,可在1.30~1.70 g/cm^3之间调节水泥浆密度;具有高悬浮性,最高可悬浮水灰比为2的水泥浆;具有增强作用,还可以应用于常规密度水泥浆中作为增强剂;具有促凝作用,可在深水低温环境下缩短水泥浆稠化时间。构建的深水固井用液体减轻低密度水泥浆体系,通过增大水灰比降低水泥浆密度,提高了水泥浆的造浆率,减少现场水泥用量;且配方简单,易于调节,外加剂以全液体形式添加,减小了现场工作人员的劳动强度;同时满足深水低温环境下的水泥浆性能要求,为下部钻进提高保障;液体减轻水泥浆体系作业成本较漂珠体系也大幅度降低,满足深水低温条件的性能要求,可适用于深水表层固井。

复合空心微珠低密度水泥浆的研究与应用

低压易漏地层在固井过程中易发生漏失,因此固井时要求降低水泥浆密度。以漂珠和空心玻璃微珠复合作为密度减轻材料,根据颗粒级配紧密堆积理论,以水泥、稳定剂DZW以及其他各种外加剂进行合理配比,设计出一种密度为1.28 g/cm3的低密度水泥浆。性能评价结果表明:该体系满足沉降稳定性要求,流动性好,65℃下滤失量小于50 m L,24 h抗压强度大于14 MPa。现场应用结果表明,复合空心微珠低密度水泥浆体系能够有效解决低压易漏地层固井漏失问题。

高强低密度水泥浆体系的研究

常用的低密度水泥浆在更低的密度条件下已不能满足固井施工的要求。因此结合低密度高强度水泥浆技术以及XF降失水剂水泥浆技术，进行了超低密度水泥浆的研究。研制出的高强超低密度水泥浆，使用密度范围为1．0-1.3g／cm^3，适用温度范围广泛，具有水泥浆稳定性好、抗压强度高、渗透率低、防气窜能力强、失水量易控制等特点，满足了低压易漏、气体钻井以及欠平衡钻井的固井要求，达到了防漏、防窜、降低成本、实现长封固段固井，简化施工工艺等目的。

高温高性能低密度水泥浆的室内研究

针对高温、低压易漏以及封固段长等固井难点,开展了密度为1.2 g/cm3长封固段高温水泥浆的研究。选择耐高压合成钠硼珠为减轻剂,基于紧密堆积理论设计高温低密度高性能水泥浆,开发出了配套的缓凝剂BCR-300S和降失水剂BCF-230L,并研究了耐高温低密度水泥浆的高温稳定性、流变性、水泥石在高温下的强度稳定性以及顶部强度发展情况。研究结果表明,含有钠硼珠的低密度水泥浆密度在高压下变化较小,高温下浆体稳定(≤0.05 g/cm3);水泥浆在180℃下稠化时间和失水性能可调;水泥石在230℃下养护24 h强度达18 MPa,强度7 d不衰退,并且水泥浆顶部强度发展较快。

低密度水泥浆固井质量评价方法探讨

随着低密度水泥浆固井技术的广泛应用,现有固井质量评价标准已经不能满足要求,因此有必要在充分研究各影响因素的基础上对现有固井质量评价方法进行修正。通过分析井下声场,建立了套管井井下声场模型,结合各因素对水泥石声学特性的影响及固井质量评价标准的制订依据,提出了固井质量评价标准改进方法,并给出了改进条件下固井质量评价标准的操作步骤。通过对比改进条件下与常规条件下的测井响应差异,得到改进后的固井质量测井评价指标。拟合了不同密度下声幅幅值的函数方程,且各方程相关系数均大于0.93。对比拟合方程线性系数发现,微硅低密度水泥浆体系的拟合系数大于漂珠微硅复合低密度水泥浆体系,拟合系数最小的为粉煤灰低密度水泥浆体系;候凝达48h时,声幅上限各系数分别为20.74,19.15和18.82,声幅下限各系数分别为20.85,14.81和12.96。各低密度水泥浆体系的固井质量评价指标均随密度增大而减小,且具有很强的线性相关性,改进后的评价标准能根据水泥浆种类及其密度值准确地计算出评价指标,该方法对固井质量评价标准的改进具有很强的指导意义。

适用于长庆油田固井的超低密度泡沫水泥浆

长庆油田靖安、华池及镇源区块因地层承压能力低,固井作业中易发生井漏,影响固井质量。采用以漂珠水泥浆为基浆,加入FC系列发气剂配成超低密度泡沫水泥浆。对该水泥浆的配方、性能、密度变化及应用效果进行了评价。漂珠超低密度泡沫水泥浆抗污染能力强、防窜性能好、成本低,能使水泥浆密度降低为1.20～1.25g/cm^2,提高低压易漏长封固段的固井质量。

大温差低密度水泥浆性能研究

长封固段大温差固井具有一次性封固段长、封固段底部与顶部温差大的特点,容易导致顶部水泥浆长时间无强度。目前针对大温差缓凝剂的研究较多,其他相关外加剂的大温差性能较少有关注,同时较少有针对100℃以上大温差固井的研究。针对大温差固井的特点,对降失水剂、分散剂和缓凝剂的大温差性能进行评价和筛选,降失水剂C-G86L和缓凝剂C-H42L具有良好的大温差性能,而分散剂对大温差性能有不利影响。构建了1.4 g/cm^(3)大温差低密度水泥浆体系,并引入丁苯胶乳,提高了水泥石在低温下的强度发展。此体系在温差110℃、顶部温度20℃下48 h强度达到858 psi(5.92 MPa)。

复杂井固井低密度水泥浆体系研究

随着勘探领域不断向深部油气藏拓展,固井遭遇的复杂井越来越多。为了进一步加强粉煤灰低密度水泥浆体系在低压易漏复杂地层固井中的应用,经过大量室内研究,开发出以海泡石为主要成分的新一代稳定剂SSD,碱性有机物质类早强激活剂TSN,室内评价了它们在粉煤灰水泥浆体系中的性能,配制出密度可在1.30-1.45 g／cm3之间可调的粉煤灰复合低密度水泥浆体系。实验结果表明,该水泥浆体系的流动性好、析水率小、失水可控、稠化时间可调,水泥浆凝结后的水泥石不但抗压强度高,而且还具有一定的体积膨胀率,能完全适用低压易漏地层固井的要求,并保证水泥环与地层、套管间的良好胶结,提高固井质量。另外,粉煤灰、微硅使水泥石具有良好的抗腐蚀能力,海泡石、微硅等使水泥浆具有一定的触变性,这说明该水泥浆体系能兼有多种特性,是一种能满足复杂井固井需要的低密度水泥浆体系。

基于分形理论超细粉煤灰微珠低密度水泥浆的制备

本文通过浮选脱碳、超细分选方法得到D50为4.66μm的超细粉煤灰微珠,利用分形理论优化超细粉煤灰微珠、G级水泥、硅灰配比,制备了密度为1.40 g/cm3低密度水泥浆,评价了该水泥浆沉降稳定性及水泥石力学性能。研究结果表明:该水泥浆沉降稳定性好,50℃和80℃下该水泥石早期抗压强度均高于相同密度漂珠体系水泥石。该水泥石80℃×1 d条件下的有害孔所占比例为10.1%,而相同密度漂珠体系的有害孔比例为65.9%,由此可见分形理论设计的三元体系颗粒级配合理,有效降低了有害孔含量,有利于水泥石早期抗压强度的发展。

低密度水泥浆固井质量评价刻度试验研究

为了对低密度水泥浆固井质量进行评价,建造了低密度水泥浆固井质量模型。通过模拟试验研究了水泥浆固结硬化为水泥石的一段时间内,其声波速度、声阻抗及抗压强度、剪切力等参数的变化规律。试验表明,水泥浆中使用了添加剂后,水泥固结时间延长;水泥石的剪切力和抗压强度随水泥浆凝固时间增加而增加。低密度水泥石的抗压强度和剪切力更小,使用低密度水泥浆固井时要求层间封隔的距离比常规水泥浆固井要长才能起到封固作用。进行了低密度水泥浆固井第Ⅰ界面固井评价刻度试验,采用声幅相对值法和胶结比法得到第Ⅰ界面固井质量评价标准。该试验结果为正确评价低密度水泥浆固井质量提供了依据。

低温早强型低密度水泥浆研究

根据Ｆｕｒｎａｓ的粒度级配原理，选用空心微珠和硅灰作为减轻剂，配以适当的油井水泥外加剂，配制出的浆体密度为１．２５～１．４５ｇ／ｃｍ３。室内实验评价表明，该低密度水泥浆体系具有良好的综合工程性能，水泥石低温早期强度发展快，３０℃条件下水泥浆凝结４８ｈ...

复杂井况固井低密度水泥浆体系

针对粉煤灰低密度水泥浆体系存在的不足 ,经过室内研究 ,开发出了适用于高水灰比条件下的粉煤灰体系稳定剂SSD和早强激活剂TSN ,使粉煤灰复合低密度水泥浆性能稳定 ,密度在 1.30～ 1.4 5g/cm3 范围内可调 ,抗压强度较高并具有一定膨胀性。稳定剂SSD是以海泡石这种具有高比表面积纤维状物质为主 ,它加入到水泥浆体系中 ,将发挥纤维在界面上的交联与强化作用 ,以提高水泥石的抗压强度并使水泥浆具有一定的触变性。实验结果表明 ,稳定剂SSD的加入使水泥浆的析水率有明显减少 ,保证粉煤灰体系在高水灰比下的稳定性 ,同时由于稳定剂中还含有活性成分SiO2 、MgO ,能进一步提高该水泥石的抗压强度以及凝结后水泥石体积有一定量的膨胀 ,实现水泥环与地层、套管间的良好胶结 ,提高固井质量。

粉煤灰—漂珠复合低密度水泥浆固井试验与应用

针对吴起地区固井中一些低压地层由于破裂压力低,不能承受常规水泥浆液柱压力,出现固井水泥浆漏失、水泥返高达不到设计要求的问题,开展了低密度水泥浆体系研究。通过室内试验,对减轻材料粉煤灰、漂珠及二者复合体系进行了较系统的研究,确定了适合的配方。研究选用增稳剂ZW加入低密度体系,提高了低密度水泥的强度。实验结果及现场实践表明:用减轻材料配制低密度水泥浆及降低水泥浆液柱压力,是确保低压易漏地层固井水泥浆返高的有效途径,对提高固井质量和延长油井寿命都将起到积极作用。

早强低密度水泥浆体系提高低压易漏井固井质量

川西南部地区储层段地层压力系数低,采用常规密度水泥浆固井作业时易产生漏失,造成储层伤害,降低油气井产能,且固井质量难以保证,影响后期井筒完整性。为此,采用颗粒级配技术,利用不同密度不同粒径微硅(2.16g/cm3、0.1μm)、漂珠(0.7g/cm3、45～300μm)等外掺剂与水泥进行复配,研制了一套密度介于1.25～1.40g/cm3的早强低密度漂珠水泥浆体系。该水泥浆体沉降稳定性良好,上、下密度差小于0.03g/cm3,稠化时间可调,稠化过渡时间最长15min,最短5min,失水小于50mL,48h抗压强度大于10MPa,有效地保障了低压气井的平衡压力固井作业,加入复合纤维的早强低密度漂珠水泥浆增加了水泥石的塑性,从而提高了低压易漏失产层段的固井质量。