四川深井塑性水泥体系研究与应用

随着油气田勘探开发技术的深入发展 ,深井、超深井的数量不断增多。深井、超深井的特点是 :井深、温度高、水泥环薄、固井难度大。而各种增产工艺、措施和后期作业对油气井固井质量也提出了更高的要求。水泥本身具有硬和脆的性质 ,受后续施工、射孔或由于地层条件下复杂作用力的影响 ,易发生脆裂 ,或与套管、井壁剥离 ,影响油气井后期开采 ,缩短油气井的寿命。文章通过研究深井塑性水泥原理 ,提出评价方法和塑性水泥配方 ,进行了塑性水泥施工性能和力学性能的大量实验 ,并在此基础上完成了 2 0井次注水泥施工。实践表明 ,塑性水泥具有优良的综合性能和抗外力冲击能力。施工方便 。

溶洞-裂缝型复杂井堵漏新型触变水泥体系研究

为更好地解决溶洞-裂缝型复杂井井漏问题,以延迟型触变剂SCA和促强型堵漏剂SM为主要外掺料,开发出新型触变水泥体系,并对体系的触变性能、流动性能、失水量、稠化时间和抗压强度等进行了室内测试。试验结果表明,该体系的延迟触变时间为300 s,300 s后最大剪切应力增长很快,表现出良好的触变性能;流动性能好,API失水量小于150 mL/30 m in;体系的水泥石不仅具有较高的早期强度而且24 h抗压强度接近20 MPa,水泥石体积也具有微膨胀性。该研究为溶洞-裂缝型复杂井堵漏提供了一种高效、简单、经济的新方法。

渗透性水泥体系研究

分析油井水泥石的微观结构 ,并结合一系列的实验研究研制了一种新型的水泥体系———渗透性水泥。开发出的油井水泥增渗剂GS是一种新型的油井水泥外加剂 ,GS是由改性的天然有机物和其它原料复配而成的固体产物 ,并研制出与之匹配的系列水泥添加剂 ,获得了具有良好浆态性质和渗透率可调的渗透性水泥 ,凝固后其抗压强度达到 8～ 9MPa、经一定处理后渗透率达到 0 6～ 0 9μm2 。在模拟地层环境下耐碱、油、盐水的侵蚀能力较强。此渗透性水泥体系在油田堵水、堵漏、调剖、和防砂中具有广泛的应用前景 ,是一种新的技术。

煤矸石颗粒分布对煤矸石-水泥体系水化及性能的影响

通过筛分得到不同颗粒级配的煤矸石,将其与硅酸盐水泥进行混合,得到具有不同颗粒级配的煤矸石-水泥体系。研究了煤矸石-水泥混合体系净浆的工作性能、力学性能及水化程度。结果表明:增加煤矸石中40μm以下颗粒含量有利于提高煤矸石-水泥体系的早期强度,但过多的提高煤矸石中1μm以下颗粒含量未必对提高煤矸石-水泥体系的3d强度有利,合理的颗粒级配很重要;煤矸石中保持一定量的40￣80μm颗粒含量是有必要的,适当增加其含量,有利于减少煤矸石-水泥体系浆体的流动度损失,有利于综合发挥煤矸石在水泥体系中物理堆积作用和火山灰活性作用,提高煤矸石-水泥体系的28d强度及后期强度。

粉煤灰混合水泥体系的水化放热模型

通过调整粉煤灰-水泥体系中的粉煤灰掺量,参照国家标准GB/T12959-2008《水泥水化热测定方法》中的溶解热法测试体系在恒温(20±1℃)条件下各龄期的水化放热量。分析粉煤灰对体系水化放热量的影响表明,粉煤灰-水泥体及系水化放热模型可以采用统一表达式:粉煤灰的水化放热量,等于某时刻粉煤灰与水泥水化放热量的比值系数乘以粉煤灰的掺量再乘以水泥恒温水化放热统一表达式。

纳米C-S-H对矿粉-水泥体系水化的影响

C-S-H是通用硅酸盐水泥主要的水化产物,对水泥基材料的性能起着十分重要的作用,但水泥水化产物复杂,难以从水化产物中分离出纯净的C-S-H并研究其对水泥基材料的影响。故本文通过双分解法制备了纳米C-S-H(NC)颗粒,并将其掺入矿粉-水泥体系中,通过无接触式电阻率测定仪、X射线衍射仪、差热分析仪(DSC-TG)、扫描电镜、压汞测试仪(MIP)等探究了NC对矿粉-水泥体系水化的影响。研究发现,在1%~4%(质量分数)掺量范围内,掺入NC可缩短基体的凝结时间,并为水泥早期水化提供更多的活性位点,加速水化产物的形成和沉淀,促进水化产物之间的搭接,从而降低了基体孔隙率并使基体早期强度和水化浆体电阻率均有所提升。

蒸汽养护条件下甲酸钙/纳米C-S-H复合对粉煤灰-水泥体系早期水化的影响

本文研究了蒸汽养护条件下,甲酸钙/纳米C-S-H(NC)复合对粉煤灰-水泥体系早期抗压强度的影响,并结合XRD、DSC-TG、MIP、SEM及FTIR等手段分析了其影响机理。结果表明:蒸汽养护条件下掺入甲酸钙能显著提高粉煤灰-水泥体系的早期抗压强度,且掺量为1.5%(质量分数)时效果最佳;甲酸钙能促进水泥和粉煤灰水化,提高水化产物的生成速率,降低粉煤灰-水泥体系的孔隙率和总孔容;在掺入甲酸钙的基础上掺入NC可进一步提高体系抗压强度,且随着NC掺量的增加而提高;NC能促进水化产物生成,提升水化程度,细化孔结构,提高体系致密度。

LSS塑性水泥体系研究及提高固井质量探讨

利用弹性理论分析固并后水泥环的应力变化,搞清水泥环封隔失效机理,并获得提高固井质量的途径。在此基础上研制出LSS塑性水泥体系。实践证明它优于常规水泥体系,可提高固井质量和水泥环封隔有效期。

磷酸盐对矿粉-水泥体系的影响

通过不同种类不同掺量磷酸盐对矿粉-水泥体系的强度、工作性能影响进行了研究,结果表明:随磷酸钠掺量增大,矿粉-水泥体系的胶砂流动度增大,流动度经时损失有改善;初终凝时间延长。掺入磷酸钠后,7d强度提高达10%,28d强度最大提高9%,矿粉激活效果显著;化学结合水含量7d后开始高于基准组。掺加磷酸钠的胶砂试样长期泡水210d后未出现裂纹,安定性良好。

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。

“三高”气田固井水泥体系探究

从现状看,三高气田平日的开发还没能成熟;初始勘测之中很易带来事故,造成各类损失。三高状态之下的固井难题偏多,硫化氢带有偏高的腐蚀特性;固井之后常常遇有环空气窜,造成环空带压,增添气田危险。为此,有必要辨识三高气田范畴内的各类腐蚀,筛选适宜方案。对于筛选地段,应当辨识它的流变特性、抗腐蚀特性,采纳最优技术。

控制漏失的新型纤维水泥体系

在钻井或固井作业期间克服或控制漏失既费时又费钱。传统的堵漏方法是加入堵漏材料、水泥、膨胀性水泥浆、交联聚合物或硅酸盐等堵漏剂。常规方法是在固井作业前就要控制漏失。

碱当量对减水剂在NaOH-矿渣水泥体系中吸附性能的影响研究

该文分别采用紫外-可见分光光度计和ZETA电位分析仪、测试仪,从减水剂在矿渣颗粒表面的吸附量和动电电位两方面研究了碱当量对减水剂在Na OH-矿渣水泥体系中吸附性能的影响。研究结果表明,在Na OH-矿渣水泥体系中,分别加入木钙系(CL)、萘系(FDN)和氨基磺酸盐系(AS)减水剂,各减水剂在矿渣颗粒表面的吸附量随碱当量的增大而减小,动电电位绝对值随碱当量的增大而增大,这与碱组分水解、电离后参与到体系的水化反应进程有关。

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。

C-S-H-PCE对基准水泥体系水化的影响

传统的早强剂在实际应用过程中会对混凝土的早强性能和耐久性能产生一定的影响,因此开发新型早强剂尤为重要。其中新开发的纳米C-S-H-PCE新型早强剂能够更好地加速水泥基材料的早期水化,有利于水化产物的快速生成。探究C-S-H-PCE早强剂对基准水泥体系水化的影响,对C-S-H-PCE的研发和应用具有重要意义。本文基于水泥水化的溶解-沉淀理论,研究C-S-H-PCE对基准水泥体系水化各阶段的影响,通过水化热测试对比分析C-S-H-PCE、纳米SiO_(2)对水化历程的影响,并测定各阶段的凝结时间和抗压强度。结果表明,C-S-H-PCE的加入显著缩短水化诱导期、提高水化最大放热速率、促进未水化颗粒的溶解;C-S-H-PCE缩短了初凝和终凝时间,1d和3d的强度得到明显提升。由此可知C-S-H-PCE对基准水泥水化的作用规律和影响机制,从而建立了水化微结构和宏观力学性能之间的联系。

页岩储层水平井固井水泥浆体系应用研究进展

中国的页岩储层具有埋藏深、地温梯度高、封固段顶底温差大等特点,能够在深层水平井高温及大温差条件下固井,并在后期大规模体积压裂期间保持井筒完整性的固井水泥浆体系的选择成为近年来的焦点。为明确页岩储层深层水平井固井水泥浆技术的发展方向,基于页岩储层水平井固井对前期水泥浆流变性能要求与后期水泥环力学性能要求,分别从外加剂适用条件、外加剂反应机理以及微观结构的形成3个方面探讨了页岩储层水平井的固井水泥浆技术难点及研究现状,汇总了国内外各大油气田页岩储层水平井固井硅酸盐水泥浆体系的应用实效,提出了相应的技术措施及未来固井水泥浆体系的研究重点。

水泥水化影响水合物层稳定性定量评价装置及影响程度的评测

针对海洋深水水合物层在固井过程水泥水化放热对水合物分解量的影响缺乏量化评价装置及方法的问题,充分考虑固井过程中水泥浆体系与水合物层的接触方式,建立了一套模拟水合物层固井的水合物稳定性评价实验装置,该装置实现了低温高压下水合物的生成、带压条件下水泥浆与水合物层接触的流动泵入,直观地测试了与水合物层直接接触下的水泥浆水化放热对地层温度、压力的影响。根据设计的实验装置,通过对水合物饱和度、水合物分解气量的推导计算,建立了一套水合物模拟地层的制作方法,并建立了水泥浆水化影响水合物层稳定性评价方法。根据南海地区浅层地质条件建立了模拟水合物地层,泵入G级油井水泥净浆、低密水泥浆体系和低热水泥浆体系等3组水泥浆体系,得出单位体积油井水泥候凝过程中分解水合物的气体的量分别为0.7356、0.1091和0.0649 mol/L,且评测表明,低热水泥浆体系能够大幅度缩短固井候凝的等待时间。该研究为油气固井过程中对浅层水合物的影响提供了直观测试方法,也证明了海洋深水水合物地层中使用低热水泥浆体系的必要性。

高浓度CO_(2)环境下高温防腐防窜水泥浆体系研究

恩平区块油田是南海东部第一个含CO_(2)气顶的油田,其气顶CO_(2)含量高达95.67%~96.78%,高温高浓度CO_(2)环境使水泥石长效封固能力降低,井筒完整性保障难度增大。在较高的压力环境下,CO_(2)呈现低黏度、高扩散性和高压缩性的超临界特性,使水泥石的腐蚀加剧,给开发井固井作业带来极高的挑战。研发了一类高温防腐剂C-FC和C-FA,通过无机材料和有机材料的协同作用以及优化颗粒级配技术,构建了在高浓度CO_(2)环境下密度在1.9~2.2 g/cm3高温防腐防窜水泥浆体系。室内体系评价实验表明,不同密度的高温防腐防窜水泥浆体系下水泥石结构致密,具有良好的防腐能力,室内在150℃、35 MPa、70%CO_(2)分压下水泥石腐蚀深度小于1.3 mm,抗压强度衰退率小于11%,渗透率增大率小于18%,具有良好的流变性能和防气窜性能。

优质高强低密度水泥浆体系的设计与应用

低压易漏地区的油气勘探开发对固井水泥浆密度提出了更高的要求 ,而常用的低密度水泥浆体系在更低的密度条件下已不能满足固井施工的基本要求。通过采用颗粒级配原理 ,优化低密度混合物中颗粒的粒度分布 ,提高体系的密实程度 ,使低密度水泥浆体系的强度和其它性能大幅度提高。依此原理设计的漂珠微硅低密度水泥浆体系性能如下 :①密度范围为 1.2 4～ 1.32g/cm3 ;②密度为 1.2 4g/cm3 时 ,5 0℃、2 4h抗压强度达到 14MPa ,75℃强度超过 16MPa ;密度为 1.2 9g/cm3 时 ,5 0℃、2 4h强度达到 14MPa,75℃强度超过 17MPa ;③具有良好的流变性 ,较短的稠化过渡时间 ;④静胶凝强度发展形态较好 ,从 4 8Pa到 2 4 0Pa的过渡时间均小于 2 0min ;⑤API失水量小 ;⑥超低密度水泥体系的强度已达到常规密度水泥体系的标准 ,其强度以及综合指标已远远超过普通低密度水泥浆体系。现场应用 2 0多井次 ,取得了良好的效果。

一种低密经济型水泥浆体系的室内研究及现场应用

针对海上作业平台空间有限以及人工劳动强度大的问题,优选了一种低密经济型水泥浆体系。室内研究结果表明:该体系配方简单、易于调节、经济成本低;具有良好的失水性能;具有良好的沉降稳定性;具有良好的稠化时间线性可调性;具有良好的水泥石强度。低密经济型水泥浆体系已多次成功应用于南海东部海域,现场应用表明:该水泥浆体系现场易配浆,气泡少,浆体流动性好,现场操作方便,使用LAS系统降低了人工劳动强度,满足后续钻井要求。