页岩气小井眼水平井纳米增韧水泥浆固井技术

为了提高页岩气小井眼水平井固井质量,保证水泥环压裂封隔效果及压裂后的完整性,研究了纳米增韧水泥浆及其配套技术。采用纤维复配碳纳米管,研制了纳米增韧水泥浆,其形成的水泥石具有低模量、高抗拉的特点。与常规水泥石相比,纳米增韧水泥石的弹性模量降低50.9%,抗压强度提高28.1%,抗拉强度最高可达5.2 MPa。同时,研究了配套的碳纳米管三级混配工艺,解决了大剂量纳米材料易缠绕、难分散的问题,首次实现了碳纳米管水泥浆的现场应用。纳米增韧水泥浆固井试验结果表明,水平段固井质量合格率达98%;采用微地震井中监测技术评价了纳米增韧水泥环封隔效果,压裂过程中设计外区域的微地震事件为0,表明纳米增韧水泥环封隔良好。研究表明,纳米增韧水泥浆可为页岩气高效低成本开发提供技术支撑。

热处理对聚合物改性纤维增韧水泥基复合材料物理力学性能的影响

采用环氧乳液、乳胶粉制备了聚合物改性纤维增韧水泥基复合材料,研究了200℃、400℃、600℃、800℃热处理对材料物理力学性能的影响。结果表明:掺加聚合物可以改善试样的高温体积稳定性,使得试样在800℃高温下热处理时不发生爆裂;室温冷却条件下,聚合物使得材料峰值残余强度对应的温度由400℃降低至200℃,而在水冷却条件下,试样的残余强度随着热处理温度的升高持续降低,800℃热处理后聚合物改性试样在水冷却时溃散;聚合物分解在试样内部形成的交联孔道,改善了试样热处理后的孔结构,延缓了高温热处理对试样力学性能的劣化速率。

苏北油田增韧水泥浆体系的应用研究

针对苏北油田后期作业要求，研究增韧水泥浆体系以提高水泥石韧性，控制射孔后水泥环破坏造成环空窜槽的风险。通过对苏北地区固井窜槽原因分析，充分调研国内外相关技术，研究开发了以纤维材料为主的增韧水泥浆体系。室内实验表明：增韧水泥浆体系水泥石与常规水泥石相比，抗折强度提高了16.1%～32%，抗冲击功提高了26%～52%，动态断裂韧性提高100%以上。通过在红庄油田和草舍油田现场应用表明：该体系可提高苏北油田固井质量，并能有效控制射孔后水泥石裂纹的扩展，保证水泥石的有效长期完整性。

纤维掺量与石英砂粒径对纤维增韧水泥基复合材料性能的影响

研究了纤维掺量、石英砂粒径对纤维增韧水泥基复合材料流变性能、力学性能的影响。结果表明:通过纤维掺量与石英砂粒径的调整可以制备出早期韧性与延性优良,稳态开裂效果明显,28 d抗压强度、弹性模量分别达到90 MPa、30 GPa的高强纤维增韧水泥基复合材料;纤维掺量增大使得新拌浆体呈现出剪切变稀趋势,而石英砂粒径减小,则呈现出剪切增稠趋势;石英砂粒径较纤维掺量对试样力学性能影响显著,200目石英砂使得试样抗折强度出现降低的龄期由28 d延伸至60 d;微观分析发现试样中存在纤维磨损拔出及与附着产物一同拔出两种形式,且体系中石英砂粒径减小可以改善其界面过渡区性能。

PVA纤维增韧水泥基复合材料的性能研究

随着我国社会的发展,在现代工程建设领域中,各种材料的性能不断提升。由于常规混凝土的抗拉强度低、韧性差、可靠性低和开裂后裂缝宽度难以控制,在现有的经济和技术水平下对混凝土的要求是把裂缝控制允许的范围内。但随着社会的发展,人们对建筑的要求越来越高,常规的混凝土材料在施工过程中也存在一定的问题,因此,PVA 纤维增韧水泥基复合材料由于其独特的应变硬化和优异的裂缝无害化分散能力,逐渐开始为人们所接受并应用。对此,文章以 PVA 纤维增韧水泥基复合材料为研究对象,首先对其内容进行概述,其次对 PVA 纤维增韧水泥基复合材料物理力学性能进行试验并分析,最后结合实际应用对其性能进行阐述。旨在为相关人员提供参考,推动我国房屋建筑屋面防水技术的发展。

油井水泥环降脆增韧作用机理研究

针对油井水泥环井下易脆裂问题,对脆性水泥环破坏的根本原因进行了研究。结果表明,水泥石内部化学键断裂导致内部裂缝的扩展是水泥环后期层间密封性能失效,并诱发环空窜流的主要原因之一。实验研究了外加剂及外掺料对油井水泥石脆性改善的微观作用机制,建立了包括结晶相、凝胶相、粒间充填及粒间搭桥在内的基质塑化设计模型。利用此设计模型开发了多元材料复合增韧水泥石,与常规水泥石相比,其力学形变完整性的保持能力有较大的提高,适应井下工况环境变化的能力得到增强,可满足油气井后期安全开发生产的需要。

油井水泥增韧剂BF的室内研究

针对油井水泥石固有的极限应变小、抗冲击性能差、脆性大的缺点,研制出了以混合短纤维为主要成分的油井水泥增韧剂BF,并对加有BF增韧剂水泥浆的力学性能进行了系统评价,同时还考察了BF增韧剂与油井水泥降失水剂F17B及油井水泥减阻剂USZ的配伍性能。室内实验表明,BF增韧剂能使水泥浆的流动度减小,凝结时间延长,析水率和失水量减小,且BF增韧剂与外加剂USZ和F17B的配伍性良好;BF增韧剂能够显著提高水泥石试样的韧性,使水泥石韧性增长20％,有效降低射孔对水泥环的破坏,改善水泥石的力学性能,抗折强度增长幅度为16％～29％,抗冲击功增量为17％～64％,而且水泥石抗压强度均大干14MPa;BF增韧剂掺量小(2.6％),其增韧效果优于中国现有的油井水泥增塑剂S(掺量为4％)。

PVA纤维增韧工程水泥基复合材料在屋面防水工程中的应用研究

制备了PVA纤维增韧工程水泥基复合材料(PVA-ECC),并研究了PVA-ECC在屋面防水中的应用。结果表明:PVA-ECC在28 d龄期时,渗透压力为3.0 MPa,渗透高度为13 mm,电通量为78 C;在防水层厚度为4.5~6.4 mm范围内,与既有屋面的粘结强度≥0.8 MPa。PVA-ECC工作性能优良,施工效果好,可作为屋面防水层用材料。

储气库固井用油井水泥增韧材料的优选与应用

针对储气库生产对水泥石韧性的特殊要求,优选了粒径为0.15~0.18 mm经表面改性的橡胶粉作为弹性材料,聚丙烯纤维作为增韧材料,通过实验确定弹性材料和增韧材料的最佳加量分别为3.0%和0.1%,并配合使用PVA胶乳类降失水剂,改善水泥石脆性,提高耐冲击能力及抗折能力,满足水泥环频繁高压注采条件下的长期密封性。综合评价了增韧水泥石的弹性模量、抗折强度、抗压及胶结强度、渗透率及应力条件下水泥环密封性,与净浆水泥石相比,弹性模量降低了43%,抗折强度增加了84.6%,渗透率小于0.05 m D,能够满足35 MPa压力、35℃温差下的水泥环密封性要求,适用于储气库固井。

复合乳化剂作用下抗温耐盐丁苯胶乳的制备及性能评价

针对丁苯胶乳用于固井增韧剂存在耐温性、抗盐性差,且在使用过程中需要搭配胶乳调节剂的缺点,以对苯乙烯磺酸钠、衣康酸为功能单体,OP-10、SDS复合乳化体系,改性丁苯胶乳合成了SCMBR胶乳,研究了不同乳化剂复配比例对该胶乳性质的影响。通过粒径、Zeta电位、透射电子显微镜综合表征了该胶乳的微观结构,评价了其耐热性、抗盐性。结果表明,由于磺酸基团和羧基的引入,SCMBR胶乳的耐热性能良好,热分解温度达400℃以上,且抗盐性能优异,TEM图像显示,SCMBR胶乳分散均匀,无团聚体。将SCMBR胶乳引入水泥,可明显改善水泥的稳定性,将游离液含量降低至1%以下,水泥浆上下层密度差缩小至0,对水泥流变性能抗折强度提升效果明显,效果最优的SCMBR-4:1改性水泥石28 d的抗折强度相较于纯水泥提高了20.5%,在深层、超深层固井中应用前景广阔。

固井水性环氧树脂水泥石力学性能研究

针对油井水泥石易脆裂而造成油气井层间封隔失效的问题,通过实验研究了水性环氧树脂含固化剂的掺入对油井水泥石力学性能的影响,利用单轴抗压强度实验考察了不同加量的环氧树脂对水泥浆力学性能的影响。实验结果表明:60%环氧树脂占比的树脂水泥石,其28 d的抗压强度可以达到51 MPa,抗拉强度可以达到5. 1 MPa。相较于油井水泥石28 d抗压强度提高了47%,28 d抗拉强度提高了98%。其弹性模量降低至1. 8 GPa,相较于油井水泥石降低了76. 5%。通过实验说明,水性环氧树脂能有效提高水泥石的抗压、抗拉强度,降低弹性模量。结合微观形貌观察,高掺比树脂在水泥石固化后形成的三维网状结构与附着在网状结构上的水泥水化产物,能够改善水泥石的强度和韧性。

复合纤维水泥浆体系在垦东891井的应用

针对胜利海上油田垦东区块垦东891井二开在钻遇明化镇组时发生坍塌现象(800~1200m)和封固段长、循环压耗高的特点,文章主要作了如下几方面的工作:分析了该井固井技术难点,优选配套的复合纤维防漏增韧水泥浆体系,应用了配套的完井管串结构。现场固井结果表明,复合纤维增韧水泥浆具有过渡时间短,稠化时间可调,水泥石致密,抗压强度高,流动度高,具有良好的防漏性能。电测结果显示,该井固井质量合格,满足了后续勘探开发的需要,该井所采取的一系列固井工艺措施在垦东潜山披覆构造带北部斜坡带垦东89断鼻构造低部位具有较好的推广应用价值。

大宁-吉县区块深层煤岩气水平井钻井技术

为了解决鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块深层煤岩气先导性试验区大平台钻井轨道设计困难、长裸眼段反复漏失、泥灰互层可钻性差、泥岩和煤岩易坍塌、水平段固井质量差等技术难题,从先导性试验区煤岩储层特征和岩石力学特性入手,开展了井眼轨道优化设计、防漏堵漏工艺技术、高性能PDC钻头设计、长裸眼段钻井液技术和固井工艺技术等关键技术的研究,形成大宁-吉县区块深层煤岩气水平井钻井技术。在先导性试验区25口水平井中应用结果表明:高性能PDC钻头平均进尺、平均机械钻速明显提升,复杂时效有效降低,钻井周期明显缩短,防漏堵漏提升明显,固井质量合格率100%,提质提效效果明显。研究成果可为鄂尔多斯盆地东缘深层煤岩气的有效动用提供技术支持,对我国其他深层煤岩气区块勘探开发具有一定的借鉴意义。

顺北超深窄间隙固井技术应用

顺北区块超深窄间隙固井面临高温、井筒内压高交变以及高压盐水层等复杂工况,水泥环长效密封性难以保证。基于顺北12.7 mm窄间隙固井工况,采用自主研制的窄间隙水泥环密封完整性评价装置,研究了水泥石密封失效机理,结果表明:加压养护的低弹性模量水泥石较常规水泥石具有更好的密封性能。在此基础上,通过优选弹性材料及配套外加剂,研制了增韧水泥浆体系,弹性模量可低至6.8 GPa、抗压强度可达22.7 MPa。进一步通过优化固井综合措施,形成了提高超深窄间隙井筒完整性的固井配套技术。基于该技术,现场应用1井次,固井质量优质,未发生水窜。研究成果对于超深井窄间隙固井具有重要借鉴意义,可有效推进顺北区块的长效、安全、高效开发。

裂缝性基岩油藏固井技术在栗2井的应用

栗2井位于泌阳凹陷南部陡坡栗园断鼻构造带上,其下部基岩岩性主要为大理岩,裂缝、缝洞发育,是较好的储层。针对该井地下岩层情况和固井封固段较长,固井施工压力大,易造成水泥浆漏失低返和水泥浆易污染油藏等技术难题,开展了相应研究与分析工作,采用了分级注水泥器、管外封隔器和防漏增韧低密度高强度水泥浆体系相结合的固井技术。该技术降低了固井施工安全风险,提高了固井质量,有效地保护了裂缝性基岩油藏,经济效益明显。

深层非常规油气固井材料发展现状及趋势浅析

深层页岩油气、煤岩气等非常规油气资源在中国能源版图中地位愈发重要,是未来中国国内能源保供的兜底资源。由于非常规油气资源普遍致密低渗透、无自然产能,需要通过大规模压裂营造人造油气藏,实现资源效益开发。由于深层非常规油气资源应力高、压裂施工规模大,极易出现套变、固井水泥环封隔失效等情况,严重制约资源开发效率,而优化固井材料、提升固井质量是保证井筒服役的重要抓手和现实手段。通过对非常规油气固井材料研发现状回顾,明确深层非常规油气开发中对固井材料抗压强度、防窜效果、抗裂能力、抗冲击韧性等内在需求,不断优化复合固井材料,发挥其不同尺度上的协同作用,同时将固井材料与智能化技术深度有机结合依然是未来深层非常规油气藏开发固井材料发展的主要方向。

陆相页岩气水平井固井技术——以延长石油延安国家级陆相页岩气示范区为例

鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的上三叠统延长组及下二叠统山西组具有良好的页岩气成藏条件,陕西延长石油(集团)有限责任公司采用水平井分段压裂技术对该区页岩气进行开发。针对水平井固井过程中存在的油基钻井液清洗困难、长水平段套管难以居中、固井过程中易发生漏失、水平井及分段压裂对水泥环要求高、长封固段固井附件易失效等技术难题,开展了相关技术研究,获得了解决上述问题的技术措施:1在该示范区通过采用清油型前置液多级冲洗工艺,有效地冲洗界面残留油膜,提高油基钻井液冲洗效率;2新研制的水平井专用扶正器能有效降低管柱下入摩擦阻力,保证套管的居中度;3通过提高地层承压能力、优化浆柱结构实现平衡压力固井;4优选韧性材料提高水泥环的耐冲击能力,较好地满足了页岩气水平井分段压裂工艺对水泥石性能的要求;5研制的高性能固井附件,保证了长封固段水平井施工安全。所获成果已在该示范区的4口页岩气水平井中进行了应用,固井一次成功率达100%,固井质量优良率达100%,取得了良好的固井效果。

四川盆地页岩气井水平井段的固井实践

页岩气藏水平井固井要求水泥环不仅要有很高的强度,还要有较好的韧性,使之能满足大型分段加砂压裂增产作业对水泥环层间密封的要求。为此,针对性地开展了增韧材料的优选和高效冲洗剂的研制,先导性试验的3口井均采用了以下主要措施:①应用自主开发的增韧材料,配制出密度达1.95g/cm3的增韧水泥浆,实验结果表明,该水泥石抗冲击韧性超过常规水泥石20%、抗折强度提高了10%～15%、弹性模量则下降了约20%,显示出良好的增韧性能;②自主开发的油基介质下高效冲洗液,能在短时间内改变套管及井壁的润湿性,室内试验结果表明,该冲洗液对界面冲洗效果超过90%,达到了有效清除套管及井壁残留油泥、隔离油基钻井液与水泥浆的效果;③集成应用川渝地区旋流刚性扶正器、漂浮顶替等成熟固井技术实现水平井段有效顶替。纳入试验的3口井固井质量均满足了后期增产作业的技术要求,为页岩气藏水平井固井提供了技术支撑。

低压低渗枯竭型砂岩储气库钻井工程方案设计

由于枯竭型储气库的产层压力低、运行周期长、注采气量大的特点,给钻井和固井质量提出了更高的要求。针对文23的地质特征和储气库设计要求,考虑储层保护、固井质量及盐层井段,提出三开次井身结构设计,生产套管设计金属气密封、P110钢级177.8 mm套管;技术套管段设计双密度水泥浆体系一次固井,生产套管段设计采用非渗透防窜增韧水泥浆体系,采用尾管悬挂+套管回接方式固井;三开设计使用低密度微泡钻井液体系,配合凝胶暂堵技术减少漏失及储层污染。形成的文23储气库钻井工程方案,为国内低压低渗枯竭型储气库钻井设计提供了技术借鉴。

玉门油田水平井固井技术

针对玉门油田水平井开发、多级压裂的作业特点,以建立长期有效的层间封隔为目标,通过开展固井材料、水泥环失效分析和固井工艺技术研究,开发了驱油前置液、增韧防窜水泥浆、水泥环完整性评价等固井技术。通过工艺配套和材料集成,形成玉门油田水平井开发固井技术。2015年以来,在玉门油田完成全部水平井固井应用7井次,固井一次合格率为100%,优质井4口。已投产的3口水平井,压裂后平均含水率在30%以下,比同区块的井位明显降低。该技术还在玉门油田小间隙固井推广使用8井次,固井优质率达到了75%。水平井固井技术取得了良好的应用效果,该项技术具有广阔的市场应用前景。