一种天然气井用泥饼固化剂的性能评价与现场应用

为了提高元坝地区天然气井固井二界面胶结质量,介绍了一种适用于水基钻井液条件下的泥饼固化剂GJM。室内实验结果表明,在温度压力为120℃ × 0.01 MPa、泥饼厚度为0.5 mm的条件下,采用GJM的固井二界面胶结强度较未采用GJM的提高了8~10倍。GJM与水基钻井液和水泥浆具有良好的相容性,满足天然气井固井作业要求。5口天然气井的现场应用结果表明,固井一、二界面胶结质量合格率100%,优良率100%。其中,YL12井目前已完成压裂测试,天然气产量77.17万方/日,且压裂前后环空均未出现带压,为高压天然气的高效勘探开发提供了良好的井筒保障。

固井二界面泥饼固化剂与水泥浆滤液的反应机理

固井二界面封隔失效已是制约油气高效开采的重要因素,而提高固井二界面胶结质量是解决这一工程难题的主要途径。基于提出的MCS(mud cake solidification)技术,采用现代分析测试技术,研究了固井二界面泥饼固化剂与水泥浆滤液的反应机理。研究结果表明,在压差的作用下泥饼固化剂的有效成分将发生向泥饼方向的迁移扩散,进而吸附在泥饼表面且渗透进入泥饼本体;泥饼固化剂与水泥浆滤液反应,生成水化硅酸钙(C—S—H)、水化铝酸钙(C3AH6)等胶凝物,且随着养护时间的延长,这些胶凝物可由低聚态的硅酸阴离子逐渐聚合为高聚态水化硅酸胶凝物,即在最初的3 h内,硅酸阴离子单聚体的量急剧下降,同时二聚体的量先增多后减少,最终生成高聚物,进而固化泥饼,提高固井二界面胶结质量。

一种页岩气井表层套管和技术套管固井用泥饼固化剂

为进一步解决页岩气井表层套管和技术套管环空带压难题,介绍了一种适用于水基钻井液条件下的泥饼固化剂GJE。性能评价结果表明,采用GJE的固井二界面胶结强度较未采用GJE的固井二界面胶结强度提高了24.65~29.67倍,且GJE与页岩气井表层套管和技术套管用钻井液、前置液和弹韧性防气窜水泥浆体系具有良好的相容性,满足固井施工要求。7口井11井次现场应用结果表明,GJE可有效提高页岩气井表层套管和技术套管的固井质量,且其具有优良的防气窜效果和环空封隔能力,有利于提高页岩气井表层套管和技术套管的封隔完整性,可为页岩气的高效勘探开发提供了良好的井筒保障。

页岩气侧钻水平井油基泥饼固化剂性能评价与现场试验

为进一步解决页岩气侧钻水平井环空带压难题,介绍了一种适用于油基钻井液条件下的油基泥饼固化剂GOS。性能评价结果表明:1) 养护条件为105℃ ×常压和油基泥饼厚度为0.3 mm时,随着养护时间的延长,采用油基泥饼固化剂的页岩气侧钻水平井固井二界面胶结强度增大且达到了0.1002~0.3974 MPa,而未采用油基泥饼固化剂的页岩气侧钻水平井固井二界面胶结强度则基本为0.0042~0.0082 MPa,即前者较后者的固井二界面胶结强度提高了19.44~53.43倍;2) GOS与油基钻井液和水泥浆具有良好的相容性,满足页岩气侧钻水平井固井作业要求。4口页岩气侧钻水平井的现场试验结果表明,固井质量合格率100%,固井一界面胶结质量优良率90%以上,固井二界面胶结中等以上的超过80%。其中,T1侧钻水平井目前已完成体积压裂测试,页岩气产量7.5013万方/日,页岩油产量9.87方/日,且油层套管与表层套管之间环空压裂前后均未出现带压,为页岩油气的高效勘探开发提供了良好的井筒保障。

固井二界面泥饼的固化反应

对比考察了现有技术和泥饼固化(MCS)技术的固井二界面胶结强度,通过环境扫描电子显微镜(ESEM)考察了固井二界面泥饼的微观形貌,并通过差示扫描量热仪(DSC)测试对固化反应动力学进行了动态分析。实验结果表明,95℃水浴养护3 d、7 d和15 d条件下,MCS技术的固井二界面胶结强度分别较现有技术的平均提高了439.33%、471.37%和194.11%。ESEM分析表明,MCS技术使固井二界面胶凝固化为一个胶结致密整体,泥饼固化效果显著。在泥饼固化剂作用下,泥饼发生了溶蚀-胶凝固化反应,实现了固井二界面整体固化胶结。Kissinger法和Ozawa法求取的固化反应表观活化能分别为101.33 k J/mol和106.55 k J/mol;固化反应级数为0.95,泥饼固化反应是由多个简单反应复合而成的复杂反应。