微硅-漂珠复合低密度高强度水泥浆体系的研究与应用

为解决桩西油田固井质量不理想问题,开发出了一种微硅-漂珠复合低密度水泥浆体系,该体系具有密度低,稳定性好,抗压强度高,配伍性好等特点。现场应用表明,该水泥浆体系解决了桩西油田地层压力低、封固段长和固井质量差的问题。

微细水泥/漂珠低密度水泥浆体系的研制

利用颗粒级配和紧密堆积理论,制备了密度为1.20～1.30 g/cm^3的微细水泥/漂珠低密度水泥浆体系。确定了其最佳配方:微细水泥与G级油井水泥质量比为1:1,微硅加量6.0%,降失水剂SZ1-2加量1.5%,早强剂CK21加量2.0%,分散剂SXY加量1.4%,漂珠加量30%～60%,空心玻璃珠加量10%～20%,水灰比0.58～0.62。在50℃下,考察了该低密度水泥浆的抗压强度、失水性、流变性等,结果表明,该体系具有早期强度高、稳定性好、稠化时间可调等优点,适用于低压易漏地层及超长封固段的固井施工。

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。

漂珠低密度水泥浆在安棚碱井的应用

安棚区块地层破裂压力低、地层易漏失;碱井矿化度高,矿石易溶蚀,导致井壁存在不同程度的“葫芦串”,井径不规则,固井施工顶替效果差。上部井段采用漂珠低密度水泥浆进行固井施工,下部目的层(碱层段)仍使用常规密度水泥浆。漂珠低密度水泥浆配方为:夹江G级水泥+37.5％漂珠+1.8％KJS-1+1.5％KJS-2+0.2％S501。漂珠水泥浆在高温条件下具有足够的稠化时间和良好的流动性,保证了固井施工安全、顺利。现场应用表明,漂珠低密度水泥浆有效地解决了安棚碱井易漏地层长封固段固井难题,确保了安棚碱井的固井质量。2000年固井4井次,上部漂珠段固井1次合格率为100％,碱层段固井优质率达到100％。

养护环境对漂珠微硅类低密度水泥石抗压强度的影响

应用漂珠微硅类低密度水泥体系固井是解决低压易漏层段和长封固段固井作业难题的主要手段,但是对其高温高压强度发展规律尚缺乏系统的理论分析和实验评价。在分析颗粒级配原理、利用激光粒度测试仪及配伍性实验方法优化低密度水泥体系配方的基础上,利用抗压强度实验方法研究了不同养护环境对漂珠微硅类低密度水泥石试件强度的影响规律,并与嘉华G级水泥基浆水泥石高温强度进行了对比。最后从化学成分、颗粒级配及搅拌方法等角度对实验结果进行了原因探析。结果表明:养护环境对低密度体系抗压强度的影响规律明显不同于基浆,漂珠微硅类水泥体系具有一定的抗高温强度衰退特性,良好的紧密堆积效应使养护压力对体系强度影响程度较小。

漂珠对低密度水泥浆密度的影响

漂珠是优良的耐热超低密度材料 ,常用作配制低密度水泥浆。室内考察了不同漂珠加量下压力、搅拌速度对漂珠低密度水泥浆密度的影响。结果表明 :①压力和搅拌速度都能使漂珠低密度水泥浆的密度增加 ,但产生的方式不同。压力使空心漂珠内部充满水分和大颗粒漂珠产生挤压破碎后造成密度增加 ,而搅拌主要是漂珠被浆叶打碎 ,由于机械破碎造成密度增加 ;②对于不同密度的水泥浆 ,随着漂珠加量的增加 ,水泥浆密度降低 ;在压力增加时 ,水泥浆密度的变化幅度随之增加 ;③在压力低于 30MPa和转速小于 4 0 0 0r/min时 ,漂珠低密度水泥浆的密度基本上没有变化 ;④虽然压力和搅拌速度对漂珠低密度水泥浆的影响方式不同 ,但可以用搅拌速度模拟漂珠低密度水泥浆在井底一定压力下的密度变化情况。

漂珠复合低密度水泥浆的室内研究与应用

研制了一种漂珠复合低密度水泥浆,分析了该体系的作用机理,确定了漂珠复合低密度水泥浆体系添加剂的最佳配方:早强剂CK21加量2％,分散剂SZA-2加量0．8％～1．0％,降滤失剂TD-80加量1．2％,微硅加量8％,按施工要求调节缓凝剂加量控制稠化时间。室内研究结果表明,该漂珠复合低密度水泥浆体系具有密度低、抗压强度高、水泥浆沉降稳定性好的特点,克服了目前常用低密度水泥浆体系的缺陷,是提高低压易漏失井固井质量的有效材料。

膨胀珍珠岩复合漂珠低密度水泥浆体系的应用研究

常用的低密度减轻材料漂珠产量较少、货源紧缺,单一的漂珠作为减轻剂导致生产成本高,因此优选了一种成本低、来源广的减轻材料-改性膨胀珍珠岩。提出在漂珠低密度水泥浆中复配部分改性膨胀珍珠岩的方案。室内实验评价结果表明,该体系密度在1.45 g/cm^3～1.60 g/cm^3可调,水泥浆具有良好的沉降稳定性、流变性,且失水量少、早期强度高等特点。对比同一密度下,采用部分改性膨胀珍珠岩复合漂珠的低密度水泥浆与单一的漂珠低密度水泥浆相比,在性能差别不大的情况下能有效的降低成本。该体系在现场应用6井次,固井电测解释表明,水泥浆返高能达到设计要求,而且固井质量优质,能够满足油气层段开采需求。

江苏油田漂珠低密度水泥浆体系的研究与应用

为了解决江苏油田调整井、长封固段固井井漏等难题,并简化施工工艺,研制开发了漂珠低密度水泥浆体系(W/C=0.60、密度=1.36g/cm3)。室内研究表明,在60℃和70℃温度下,漂珠低密度水泥浆体系的水泥石抗压强度高于16MPa,水泥浆的滤失量低于100mL,自由水为0,水泥浆体的其它基本性能和工程性均满足固井施工的技术要求。在江苏油田应用漂珠低密度水泥浆固井5口后,其中优质段占68.80%、合格段占25.31%、差段占5.89%;固井合格率为100%,其中优质率占60%。

微硅漂珠复合低密度水泥体系的探讨

低密度水泥是解决低压易漏井固井水泥浆漏失的主要途径。研究了微硅漂珠复合低密度水泥体系,分析了该水泥体系的作用机理,并对微硅漂珠复合低密度水泥体系的水灰比与密度的关系、水泥浆配方、流变性、沉降稳定性等性能进行了评价。结果表明,微硅漂珠复合低密度水泥浆体系强度高、滤失量低、自由水含量低及稳定性能好,水泥浆密度为1.30—1.33 g/cm^3。微硅漂珠复合低密度水泥体系克服了漂珠低密度水泥和微硅低密度水泥的缺点,满足了定向井和水平井施工作业对水泥浆的要求。

粉煤灰-微硅-水泥三元复合低密度充填水泥浆在页岩油水平井的应用

为提高页岩油水平井上部固井质量,通过浆体稳定性差异反向优化颗粒配比,采用碱石灰和硫酸镁制备新型水化激活剂,结合^(29)Si NMR进行反应程度定量分析,开发了一种粉煤灰-微硅-水泥三元复合低密度充填水泥浆,并开展了五口井的工程试验。结果表明,粉煤灰和微硅的最佳加量分别为40%、35%(质量分数),碱石灰与硫酸镁的配比为3∶1(质量比)时组成的激活剂效果最好,可将油井水泥的反应剩余量降低29.59%,粉煤灰的反应剩余量降低68.61%,常温下3 d、7 d抗压强度分别提升129%和92%,三元复合体系的失水、游离液、稠化时间等均能满足固井充填需求,现场应用表明固井合格井段占比超过90%,体系具有良好的应用前景。

漂珠-微泡沫低密度油井水泥的试验研究

为弥补低密度油井水泥抗压强度低、沉降稳定性差、失水量大和体积收缩大的缺点,在漂珠低密度油井水泥体系中,加入发泡组分,通过机械搅拌力作用,在浆体中形成高强细密的微泡沫,漂珠与微泡沫复合作用,能有效降低浆体密度,同时保证浆体较高的抗压强度和较小的体积收缩。通过制备高强低密度油井水泥浆的试验,发现漂珠-微泡沫低密度水泥浆具有较高的抗压强度,密度1.25g/cm3的水泥浆48h强度超过8MPa,沉降稳定性好,水泥柱上下密度差不超过0.03g/cm3,防气窜性能良好,失水量也均低于200ml。室内试验证实了漂珠-微泡沫低密度水泥浆的可行性,及其高强、低渗、沉降稳定性好和生产成本低的优点。

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。

煤层气低温早强低密度水泥浆体系研究

利用水泥干混物堆积体积百分比最大化原理,选用以人工漂珠颗粒、G级水泥颗粒、粉煤灰颗粒以及矿渣颗粒构成4级颗粒填充结构体系,开发了一种适用于煤气层固井密度为1.40 g/cm 3的低温早强低密度膨胀水泥浆体系,对材料的来源进行了优选,对外加剂的作用机理进行了分析。室内实验结果表明,该体系有良好的沉降稳定性,自由液为0,且流变性能良好,滤失量小于50 mL,稠化时间根据实际需要在120~300 min内可调,基本成直角稠化,中低温条件下水泥石24 h早期抗压强度高于14 MPa,在90℃时的24 h强度高达22.7 MPa,各项性能均满足作业要求。

低密度水泥浆稳定性的研究

为解决大庆油田某些低压易渗透地层的注水泥需求,研究配制低密高强水泥浆。此浆主要选用漂珠作为减轻外掺料,再加入自制的早强促凝剂—CSH来调节水泥浆的各项物理性能。经室内试验确定了漂珠加量及水灰比和外加剂加量的变化范围,并对其稳定性机理进行了探讨。

高稳定性高强度低密度水泥浆的研究

配制低密度水泥浆的难点是使浆体同时具有较高的稳定性和高强度。文中采用硅灰和漂珠配制的低密度水泥浆,进行了各种性能测试。结果表明,该水泥浆密度低,水固比低,浆体稳定,流动性好,凝结时间短,强度高,性能明显优于同类型的其他浆体。

漂珠低密度水泥固井技术的应用

目前解决固井漏失主要有两种方法：一种是采用双级或多级注水泥；另一种是采用减轻剂降低水泥浆密度。前者不仅施工比较复杂，而且占用的钻井时间长；后者则是研究应用的方向，但在有效强度范围内多数减轻剂的密度降低极限值仍较高，不能满足有些地层的要求。针对吐哈油田固井实际选用了漂珠减轻剂，经过２２口井的固井实践，表明该技术工艺简单、施工方便，并能解决低压是漏失与全井段封固的矛盾，具有良好的技术经济效果及应用前景。

低密度水泥浆体系的制备和室内性能评价

为改善固井质量,解决低压易漏井固井水泥浆漏失和对油气层的伤害,研制出一种漂珠微硅复合低密度水泥浆体系。确定了此水泥浆体系的最佳配方:漂珠加量90 g,微硅加量30 g,降失水剂加量1.7%,分散剂加量1.3%,早强剂CSA-1加量1.4%,消泡剂Fry加量0.2%。室内研究结果表明,当电压为7 V时,该水泥浆体系的稠度为27 BC,稠化时间为170 min(稠化时间较短);流动指数n为0.553,API失水量为90.0 mL,游离液含量仅为0.1 mL,24 h抗压强度为15.08 MPa,可满足低压易漏及欠平衡钻井的固井要求。

硅粉-人造漂珠复合水泥浆体系在渤海油田的应用

随着海上油田钻井作业的不断深入,在深井、高温井、地层压力亏空井的固井作业中对水泥浆体系的要求日益更加精细,尤其体现在对水泥浆的耐高温性能、低密度性能上。最新开发使用的硅粉-人造漂珠复合水泥浆体系的应用和推广,使得水泥浆的性能不仅仅局限于只是具备耐高温或者低密度的单一性能,而是将二者融合,最大限度的满足了各种复杂井况的固井作业中对水泥浆体系耐高温、高强度、低密度的要求,为中海油在渤海油田的钻井、固井作业创造了更高的技术空间。

微硅低密度水泥的现场应用

微粒硅是铁合金生产中的副产品一是一种惰性材料，主要成份是二氧化硅，它具有粒径小，比表面积大的特点，作为水泥外加剂，可降低水泥浆密度。经过室内及现场试验，微硅水泥浆能满足长庆油田低温、低压、易漏地层的固井，并且使洛河层的固井质量大大提高。