天然气水合物层固井用相变微胶囊的制备及应用

在深水低温固井中,水泥浆水化放热极易导致天然气水合物的分解,对固井作业构成威胁。本文采用界面聚合法合成了一种相变微胶囊材料(MPCM),通过FT-IR、SEM和DSC等对MPCM的化学结构、微观结构和相变特性等进行了研究。结果表明,MPCM为规则球形结构,表面粗糙,粒径分布均匀,平均粒径为24.51μm。MPCM的熔点和相变焓分别为30.52℃和70.60 J/g,包封率为62.91%。通过将MPCM加入油井水泥中,采用自制的半绝热式水化热测试装置得到了不同MPCM加量下水泥浆的水化温升和水化热分布曲线。结果表明:水泥浆的水化温升和水化热不断下降,当MPCM加量为12%(物质的量分数)时,水泥浆水化温升T_(r)下降了22.28%,24 h水化放热Q_(24 h)下降了28.46%。微胶囊MPCM可有效控制水泥浆的热发展,降低深水天然气水合物层的固井风险。

固井用高温缓凝剂的研究与应用

针对油井水泥常用的AMPS/IA共聚物类缓凝剂在130~150℃区间易出现稠化时间“倒挂”现象,影响固井施工安全和固井质量的问题。通过AMPS和IA单体进行自由基溶液共聚,在共聚过程中与乙二胺四乙酸二钠EDTA-2Na、十六烷基三甲基氯化铵CTAC复配,研制了一种可防止高温稠化时间倒挂的缓凝剂BH-R103L,并对其综合性能进行了评价。评价结果表明:BH-R103L具有可靠的抗温及调凝效果,加有BH-R103L的水泥浆体系在120~150℃范围内稠化时间可调,150℃下加量为2%(BWOC)时,水泥浆的稠化时间大于300 min,稠化时间与加量呈线性关系,稠化时间倒挂现象消除、初始稠度低、温度和加量敏感性小、稠化线形正常、与AMPS类高温降失水剂配伍性良好,能抑制高温浆体“包心”现象,在60℃下养护的水泥石抗压强度发展快,其他综合性能均满足固井施工要求。BH-R103L在四川泸州区块泸203H153平台深井页岩层进行了现场应用,声幅测井检测封固段固井质量合格。

一种抗高温固井用缓凝剂XCT600的研制

以对苯乙烯磺酸钠(SSS)、丙烯酸(AA)和顺丁烯二酸酐(MA)为主要反应单体,采用水溶液聚合法合成一种三元聚合物,质量分数约为30%,再向其加入5%的羟基乙叉二磷酸(HEDP),混合后得到一种固井用缓凝剂XCT600。通过在水泥浆中评价发现,该产品抗温能力强,在160℃条件下对水泥缓凝作用较强,加量与水泥稠化时间呈线性关系,为高温深井固井作业安全提供了保障。

井下条件对固井用空心微珠破碎率的影响研究

通过改进设计体积变化率测定装置,测定了含空心微珠的流体介质在不同温度、压力条件下体积变化率,进而得出了空心微珠的破碎率情况,认为温度对空心微珠的破碎率影响不大,但随着压力升高,空心微珠破碎率显著上升,并且每种微珠有一个临界压力;并使用高压处理前后的空心微珠配制了固井水泥浆,对其性能变化进行了测试,认为增压后,水泥浆密度增大,稠化缩短,如果变化过多,有可能会影响固井施工安全。建议在固井选用前,对空心微珠选型进行压力测试,以获得可靠的性能数据支持。

固井用消泡剂技术新进展及探讨

本文对近年固井用消泡剂种类进行了调研分析,分为脂肪类及脂肪醇类消泡剂、聚醚类消泡剂、有机硅类消泡剂、聚醚改性的有机硅类消泡剂这四类,探讨了泡沫的性质与消泡剂的作用机理,并对固井消泡剂行业的发展做出了展望。

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。

稠油热采井固井用铝酸盐水泥浆体系的研究及应用

稠油热采井对固井水泥浆的要求是在低温下能快速凝结,在高温生产中具有长期耐高温性能.铝酸盐水泥具有快硬、高强、耐高温等特点,因此考虑将铝酸盐水泥在热采井固井中应用.通过进行以铝酸盐水泥为主要材料的矿物熟料优选复配,配制出了与铝酸盐水泥相配套的降失水剂J73S和缓凝剂SR,设计出了一套适用密度范围为1.70～1.90 g/cm3,温度区间为30～80℃的新型铝酸盐水泥浆体系.实验结果表明：该水泥浆体系具有优良的工程性能,水泥浆密度差小于0.02 g/cm3,失水量小于50 mL,稠化时间在60～300 min范围内可调,24 h抗压强度可达14 MPa,且经过2轮高温之后水泥石抗压强度仍能达到25 MPa在齐40-18-38C2稠油热采井的侧钻尾管固井中进行了现场应用,施工过程顺利,固井质量优质率为79％,合格率达95％,说明该体系可满足稠油热采井固井施工的要求.

尾管固井用牵制短节的研制与应用

深井、超深井和大斜度井起下管柱摩阻大,短尾管固井时因尾管短、重量轻易导致丢手不易判断及丢手困难等问题,为此研制了尾管固井用牵制短节。牵制短节设计有锁定机构和解锁机构,在尾管悬挂器坐挂后,采用液压方式实现牵制短节的锁定功能,将尾管串锁定在上层套管上,给尾管串施加一个向下的牵制力,可以通过指重表明确判断丢手是否成功。利用有限元分析校核了牵制短节的强度,结果表明,其强度满足设计要求。地面试验和现场应用表明,牵制短节的锁定功能和解锁功能均能顺利实现,各项技术指标均达到设计要求,能够解决短尾管固井丢手不易判断及大斜度井固井丢手困难的问题。

矿渣对固井用硫铝酸盐水泥石性能影响研究

目前,固井基本上是选用G级油井水泥,但随着油气田开采难度和井下情况的复杂化程度增加,固井难度不断加大,常规的油井水泥已不能完全满足工程需要,而具有特殊优异性能的特种水泥在固井工程中的应用研究将成为重点,并具有广阔的应用前景。因而为了探索硫铝酸盐水泥用作固井水泥石的可能性,本文选用矿渣A和矿渣C做为硫铝酸盐水泥的外掺料,针对硫铝酸盐水泥石后期强度倒缩的问题,对硫铝酸盐水泥进行改性。主要研究了矿渣的加量对硫铝酸盐水泥力学性能的影响。宏观上通过考察不同外掺料加量对硫铝酸盐水泥石抗压强度的影响,并通过X射线衍射,对矿渣改性硫铝酸盐水泥组分进行分析;采用岩心孔隙联测仪分析水泥浆水化后孔结构。微观上用扫描电镜对改性前后水泥石的微观形貌对比分析,从而得出宏观上抗压强度提高的原因。

固井用新型高温缓凝剂的研究与应用

针对深井、超深井长封固段大温差水泥浆柱顶部强度发展缓慢的问题,通过自由基水溶液聚合方法,研制了新型聚合物类高温缓凝剂GWH-1,并对其性能进行了评价。结果表明:GWH-1耐温可达200℃,抗盐可达饱和;通过调整GWH-1加量,能调节水泥浆的稠化时间;经130℃养护后低密度水泥浆(1.30 g/cm3)的稠化时间为386min,在30℃下养护72 h后的抗压强度大于3.5 MPa;高温水泥浆无游离液且水泥石上下密度差小于0.02 g/cm3;水泥浆综合性能良好,解决了长封固段大温差固井水泥浆顶部超缓凝难题。GWH-1在塔里木油田RP7008井等进行了应用,封固段固井质量优良。对深井长封固段提高固井质量、简化井身结构及节约钻井成本等具有重要意义。

固井用热固性树脂–镁氧水泥复合材料研究

常规油井水泥石脆性大、体积收缩幅度大,使水泥环胶结质量不高且在规模化压裂及生产时易破坏,从而导致油气井环空带压,为此优选了热固性树脂、镁氧水泥骨架材料和固化剂,研制了调凝剂,制备了热固性树脂-镁氧水泥复合材料.室内试验表明,该复合材料密度1.1~1.8 g/cm3,24 h抗压强度大于14.0 MPa,弹性模量2~4 GPa,能够承受70 MPa应力疲劳破坏,具有比油井水泥更好的抗破坏密封能力.现场试验结果表明,热固性树脂-镁氧水泥复合材料现场混配方便,与常规油井水泥固井设备和工艺完全兼容,具有良好的现场适用性和封固效果.研究认为,该复合材料不仅解决了油井水泥存在的问题,还可在油气层封堵、带压井治理及油气废弃井封井等方面替代油井水泥,为油气井的密封完整性提供技术保障.

固井用遇油自修复材料的研制与性能评价

采用悬浮聚合法,以甲基丙烯酸十二烷基酯(LMA)、苯乙烯(St)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为聚合单体,过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,聚乙烯醇(PVA)为分散剂,二乙烯基苯(DVB)为交联剂,合成了一种树脂并应用到固井水泥石中。通过正交实验考察了单体、分散剂、引发剂、交联剂、温度对三元共聚树脂吸油性能的影响。结果表明:当m(LMA)∶m(St)∶m(HEMA)=6∶3∶1、w(PVA)=2.5%(以单体的总质量为基准,下同)、w(BPO)=1.0%、w(DVB)=0.5%、t=85℃时,三元共聚树脂的吸油性能最佳,二甲苯的吸油率达12.78 g/g。通过人工造缝,对加入树脂水泥石的渗透率和抗压强度进行了考察,结果表明:在25℃下,养护30 d后,水泥石渗透率随树脂的增加而降低,在w(树脂)=8.0%(以水泥质量为基准,下同)时低至2.50×10^(-4)μm^2,而抗压强度随树脂的增加先增加后减小,在w(树脂)=2.0%时达到最大值20.8 MPa,抗压强度恢复率达70.5%。

顺北油气田防漏固井用封隔式分级箍研制与应用

顺北油气田二叠系固井极易发生漏失,环空水泥缺失长度超过2000 m,导致生产期间套损严重。针对该问题,研制了封隔式分级箍,并进行了室内性能评价试验和现场应用。室内性能评价试验发现,该分级箍不仅具有常规分级箍的功能,还可以在一级固井后胀封封隔器,封隔漏层,防止二级固井时发生漏失,提高环空水泥环完整性;封隔器胀封后,环空封隔能力可达20 MPa;循环孔关闭后,管内密封能力不低于套管抗内压强度。顺北油气田9口井应用了封隔式分级箍,二级固井平均漏失量由105.1 m3降至3.5 m3,环空水泥缺失长度由2048 m缩短至350 m,节约固井成本约1100万元。封隔式分级箍解决了长裸眼易漏失井段固井时的漏失问题,为顺北油气田的高效开发提供了技术支撑。

固井用悬浮稳定剂SS-10L的研究应用

油田固井中低密度及高密度水泥浆通常存在悬浮稳定性较差的问题。尤其温度较高时,水泥浆中各物相热运动加剧,也易造成浆体沉降失稳,进而影响固井施工安全及固井质量。研制了一种固井用悬浮稳定剂SS-10L,由温伦胶(有机悬浮组分)、矿物B(无机悬浮组分)及表面活性剂C(稳定剂)组成。实验结果表明:SS-10L对水泥浆具有良好的悬浮稳定作用,且不影响水泥浆常规性能,是一种性能优良的固井用悬浮稳定剂。

油田固井用S90纤维复配材料增韧性能及作用机理

油井水泥石固有的脆性使井下水泥环受射孔弹高能聚流的作用,形成宏观裂纹.S90纤维复配材料降低水泥石的弹性模量,显著提高水泥石的韧性.将S90纤维复配材料分数在水泥浆中,测试水泥石试样的抗拉强度、抗拉断裂能、静态和动态弹性模量以及动态泊松比.结果表明:与净浆相比,S90体系水泥石抗拉强度和抗拉断裂能分别提高了30.1%和46.6%,静态、动态弹性模量分别降低了11.6%、8.17%,动态泊松比增加了2.53%.S90体系中高弹模微纤维起阻裂作用,低弹模长纤维起增韧作用.

盐膏层固井用抗温抗盐低滤失聚合物盐水水泥浆体系研究

通过对水泥浆降失水剂、分散剂、促凝剂以及缓凝剂等优选评价,建立了盐膏层固井用抗温抗盐低滤失聚合物盐水水泥浆体系。室内评价表明,该水泥浆体系具有优良的抗温抗盐性能,采用海水配浆,在130℃条件下能直角稠化,且24h后水泥石强度为17.3MPa,强度较为理想,能有效封固油气水窜,保证固井质量。

油气田固井用磷石膏基胶凝材料研究

通过评价不同龄期样品的抗压强度、线膨胀率、孔隙率和微观形貌等,研究磷石膏基胶凝材料(PGS)应用于固井工程上的可行性。实验结果表明,按m[磷石膏(PG)]∶m[增强材料(KZ)]∶m[增强材料(GH)]∶m(水泥)∶m(生石灰)=50∶22∶6∶20∶2制备PGS,在50℃和80℃恒温水浴养护1 d的PGS固化体抗压强度分别为14.5、18.5 MPa;在50℃恒温水浴养护28 d的PGS固化体膨胀率较净浆水泥石提高了874.4%;PGS固化体总孔隙率(23.46%)较油井水泥石降低了34.0%,且渗透率明显低于净浆水泥石(1.32×10-3μm2);掺1%降滤失剂BXF200-L的PGS浆体的滤失量为78 mL,稠化时间为235 min;在50℃恒温水浴养护2 d的PGS固化体抗压强度为14.5 MPa,80℃恒温水浴养护1 d抗压强度为13.9 MPa,基本满足固井施工的要求。

国内外高温高压井固井用外加剂现状及进展

主要论述国内外水泥浆外加剂及高温高压井固井用外加剂的研究现状和进展,总的来说国内在油井水泥外加剂方面,在分散剂、低温防气窜剂、常规性能降失水剂等方面,其性能已接近或超过国外同类产品的性能;但能在温度高于120℃使用而性能优异的外加剂种类较少且性能不稳定,尤其是高温降失水剂、高温防气窜剂和高温缓凝剂这三类产品问题更严重。

快速干燥法合成页岩气固井用微缓凝降失水剂

以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体,用次亚磷酸钠-过硫酸铵作引发剂,采用快速干燥法合成了固体AM/AA/AMPS三元微缓凝降失水剂,确定了共聚物的合成条件为:AM/AA/AMPS的物质的量比为3∶1∶3,体系p H为7.5,引发剂加量为原料总质量的0.2%,聚合反应温度为70℃,反应时间约5 min。通过红外光谱分析验证了三元共聚物的结构。合成的降失水剂具有较好的降滤失能力,70℃添加0.5%三元降失水剂可将水泥浆失水控制在50 m L以下,有微缓凝现象,延缓稠化时间约70 min。该降失水剂能使稠化曲线更趋于直角稠化,稠化曲线无鼓包等不良现象,能防止气窜的发生,对水泥浆、水泥石其他性能无较大影响,适用于页岩气水平井固井施工。

泡沫固井用泡沫发生装置研究

在我国，泡沫固井是没有大规模采用而被普遍看好的一种新型固井方式．相关设备技术尚不成熟。为此，提出了泡沫固井用关键装置-泡沫发生装置的技术思路，包括泡沫水泥浆的制造方法和泡沫与水泥浆的混合方法；就泡沫发生装置设计提出了总体方案；根据泡沫发生装置设计要求，对核心部件泡沫混合器进行了选择。泡沫发生装置的研制，尚有一些难点需要突破。