用于深水/超深水低温固井的纳米水化硅酸钙/明胶接枝磺化醛酮晶种早强剂

针对深水/超深水低温固井作业面临着水泥浆强度发展缓慢、候凝时间长的难题,纳米水化硅酸钙(CSH)晶种可通过晶核作用有效促进水泥水化速率。然而,CSH易团聚,造成粒径不均匀,且制备过程中用到的分散剂又会延迟水泥水化,无法满足深水/超深水低温固井作业要求。为此,以明胶、甲醛、丙酮等为原料制备明胶接枝磺化醛酮缩聚物(SG);以SG为高分子有机分散底液,采用溶液法制备纳米水化硅酸钙/明胶接枝磺化醛酮晶种(SG-CSH)。通过激光粒度分析仪、透射电镜、等温量热仪、X射线衍射仪等,分析了SG-CSH的微观结构、水化放热规律、水化产物和低温早强性能。结果表明,SG具有优异的插层分散能力,与CSH形成的晶种具有低钙硅比(1.0)、粒径分布(3~100 nm)窄和分散性好的特性,体系在长久保存下稳定无沉淀;加入SG-CSH后在水化反应早期生成更多的氢氧化钙和钙钒石,加快水泥水化速率。水泥浆稠化实验和抗压强度检测结果表明,与空白实验相比,加入SG-CSH后水泥浆的稠化时间明显缩短,30℃下的稠化时间从210 min缩短至125 min;加入4%SG-CSH的水泥浆在10、15、30℃下候凝1 d后的抗压强度分别提升1.9、1.3、5.0 MPa,表现出优良的低温早强性能。

新型油井水泥用纳米基促凝早强剂

针对传统油井水泥促凝剂存在的腐蚀套管、增稠及早强作用较弱等问题,根据结构设计,通过溶液法合成了一种新型纳米基促凝早强剂A-1,并对其综合性能及作用机理进行了研究探讨。实验表明,该纳米基促凝早强剂在改善水泥浆流变的同时可显著缩短中低温下水泥浆的稠化时间,明显加快水泥石强度发展,稠化时间之比可达0.33,起强度时间可缩短50%,6 h抗压强度可达净浆的5倍以上,后期强度提高率仍可达29%。此外,该纳米基促凝早强剂还可明显缩短水泥浆静胶凝过渡时间,表现出良好的防窜作用。微观分析表明,该纳米基促凝早强剂可通过成核模板效应改变水泥石微观形貌,加速水泥石水化,使水泥石更加致密,从而改善水泥石力学性能。

低温油井水泥早强剂BCL-NS的制备与研究

针对深水、深海、极地等低温固井作业中,普通硅酸盐水泥浆固井时水泥浆存在早期强度发展缓慢、强度低、固井候凝时间长等难题,研制出一种低温油井水泥早强剂BCL-NS。BCL-NS由3%乳化剂SR-10加1.6%减水剂J112为打底液,Na(_2)SiO(3)·5H_(2)O溶于水加0.2%减水剂J112为硅质材料溶液,Ca(NO_(3))(2)·4H_(2)O加减0.2%水剂J112为钙质材料溶液,20℃下滴加4 h后,加入3%PVA1788为保护胶体,经过喷雾干燥后加入0.5%白炭黑为抗结块剂制备而成。室内试验评价表明:在油井水泥浆中加入2%早强剂BCL-NS后,1 d抗压强度提高82%,1 d抗折强度提高15.2%,3 d抗折和抗压强度增加也超过15%。

低温晶核早强剂的制备与实验研究

陕北部分区块浅油层井的井底温度低(小于40℃)导致水泥浆凝结时间长、早期强度低,严重影响固井质量。针对这些问题,文章研究合成了一种早强晶种,并通过多元复配获得一种复合型早强剂DW-45,其组成为早强晶种:Na_(2)SO_(4):Al_(2)(SO_(4))_(3):NaAlO_(2):Li_(2)CO_(3)=1:1:0.4:0.1:3。测试了DW-45对油井水泥抗压强度和稠化性能的影响,并利用XRD和SEM对早强剂作用下水泥水化产物的物相组成和形貌进行了分析。实验结果表明:在25、30、35、40、45℃养护条件下,3%的DW-45使水泥石6 h抗压强度分别增加为纯G级水泥的3.1、4.7、6.3、4.5、4.6倍;在35℃/15 MPa条件下,3%的DW-45的使水泥浆稠化时间缩短致63 min,稠化过渡时间为8 min,有利于油井的防窜。XRD和SEM结果表明,DW-45可加速水化保护膜破裂,促进C-S-H凝胶、Ca(OH)_(2)和钙矾石的生成,提高油井水泥中C_(3)S、C_(3)A的水化进程,同时提高了水泥石的密实度。DW-45有助于解决浅油层井固井所面临的早期强度低、凝结时间长等问题。

厄瓜多尔A级低渗早强油井水泥浆优化设计

为解决厄瓜多尔A级水泥适应温度、深度范围窄、初始稠度大、可泵性差的难点,开展基于A级水泥的水泥浆配方优化设计研究。通过对A级油井水泥成分分析,水泥密度、细度和比表面积等测试,并开展了其水泥浆稠化性能和抗污染实验,优选出了基于厄瓜多尔低渗、早强和适应范围更广的水泥浆体系。结果表明,A级水泥比表面积为4100~4500 cm^(3)/g,Na_(2)O含量为0.47%;A级水泥浆体系适用范围可达65℃,10 h的抗压强度均能达到3.5 MPa,渗透率为0.1936 mD,体积收缩率为0.03%。该水泥浆体系在MARIANN-78井技术套管固井施工中进行了应用,CBL/VDL测井结果显示固井质量为优质,显著改善了厄瓜多尔A级油井水泥的性能。

新型促凝剂DWA改善固井水泥低温性能的实验

模拟深水固井低温环境,考察新型锂盐复合类促凝剂DWA对固井水泥浆稠化时间、静胶凝强度和抗压强度的影响。结果表明:促凝剂DWA能促进固井水泥的低温水化能力,缩短水泥浆稠化时间,明显缩短稠度30～100 Bc、静胶凝强度48～240 Pa的时间,显著提高水泥石早期抗压强度,表现出优异的低温早强、防窜性能,有助于解决深水固井面临的低温、浅层水-气流动难题;DWA促凝作用优于CaCl2,对水泥浆初始稠度无影响,是一种无副作用的新型多功能促凝剂。

早强剂的制备及评价

以AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、二乙醇胺和硝酸钙为主要原料,利用正交试验设计的方法系统考察了早强剂的复配,以及早强剂对水泥浆性能的影响、水泥浆的稠化时间和其他外加剂的配伍性,并且通过XRD和SEM等手段表征了早强剂的结构,并对该早强剂的早强效果及抗压效果进行了检测。结果表明:掺有质量分数5%早强剂的水泥石在1、3和7d的抗压强度比原浆水泥石分别提高了15.2%、14.3%和16.7%,在抗高温性能方面也得到了较大提高。

新型油井水泥促凝剂LT-A及其性能

针对低温或表层段固井候凝时间长的问题,采用价格低廉、早强作用强且性能稳定的促凝剂有利于缩短固井时间和提高固井质量。为此,研制了过渡金属复合盐类促凝剂LT-A并系统评价了该促凝剂不同加量(1%、2%和3%)情况下的油井水泥浆性能,得到了促凝剂LT-A对油井水泥的影响规律:促凝剂LT-A能促进油井水泥的水化能力,缩短水泥浆稠化时间,显著提高水泥石早期抗压强度,加入促凝剂LT-A的水泥浆稠化时间与原浆稠化时间之比小于等于0.5、水泥石6h抗压强度(39℃、常压)大于等于4.0MPa,完全满足促凝剂评价标准SY/T 5504.4—2008的相关要求。实验还进一步证实:LT-A对水泥浆流变参数和初始稠度基本无影响,是一种性能优于CaCl2的新型促凝剂。

复合油井水泥早强剂LL的室内研究

研制了一种复合型无氯油井水泥早强剂LL,采用复配的方法将有机酸D、醇胺类物质E和硝酸盐F按一定比例复配,利用正交试验设计以水泥石6h的抗压强度为考察指标优选试验配比。通过正交试验确定早强剂LL最佳配比为:有机酸D质量分数为1.0%(占水泥质量),醇胺类物质E质量分数为0.04%,硝酸盐F质量分数为4%。在最佳配比下,加入早强剂的质量为水泥质量的2.5%,结果表明,加入早强剂LL的水泥浆稠化时间与水泥净浆稠化时间之比为0.436,小于0.5、水泥石6h抗压强度(39℃、常压)为11.0MPa,大于4.0MPa,满足早强剂行业标准SY/T5004.4—2008的相关要求。与自制缓凝剂MAM、分散剂FASA及降失水剂AS等有良好的相容性。

固井用高镁废渣微膨胀水泥浆体系

高镁废渣是一种与矿渣性质完全不同的特种固体废弃物。利用等温量热(ICT)和XRD分析了高镁废渣掺量为40%的油井水泥浆体及其硬化体组成,在80℃水浴养护条件下的早期强度不高,但后期强度超过净浆。针对其低早强的特点,研究了不同掺量早强剂对掺渣水泥浆体抗压强度的影响,确定早强剂最佳掺量为3%、降失水剂最佳掺量为1.5%,最终形成高镁废渣微膨胀水泥浆体系。80℃下该水泥浆体系膨胀性能、抗压强度和孔径结构的测试结果表明:其1 d、28 d和90 d的线膨胀率分别为0.006 2%、0.045%、0.061%;1 d抗压强度为18.2 MPa,后期强度超过净浆;掺渣水泥石和净浆水泥石90 d孔隙率分别为22.99%和25.47%,且前者中有害孔数量小于后者,与抗压强度测试结果相吻合;同时高镁废渣微膨胀水泥浆体系的综合性能满足固井施工要求。

复合型油井水泥早强剂LL的配伍性研究

在油气井固井作业中需要使用油井水泥外加剂来控制、改善水泥浆的流变性能和水泥的水化、凝结性能,提高水泥石的综合性能,保证固井质量。大量的实践表明,保证固井质量的关键之一是固井水泥浆的良好性能。而固井水泥浆的良好性能取决于水泥浆和水泥浆外加剂的性能。主要研究自制复合型油井水泥早强剂LL与实验室自制油井水泥缓凝剂MAM,分散剂FASA,降失水剂AS的配伍性规律。按照中国石油天然气行业标准SY/T5504.4-2008,SY/T5504.1-2005,SY/T5504.3-2008和SY/T5504.2-2005,测试水泥浆性能,最后进行早强水泥浆体系性能测试,通过配方1抚顺G级油井水泥+2.5%早强剂LL和配方2抚顺G级水泥+2.5%早强剂LL+1.0%缓凝剂MAM+0.5%分散剂FASA+1.0%降失水剂AS的水泥浆性能比较,结果表明,早强剂LL分别加入缓凝剂MAM,分散剂FASA,降失水剂AS后水泥浆性能均能达到相关行业标准,配伍性良好,并且早强水泥浆体系性能稳定,测得的稠化时间略有加长,初始稠度较低,抗压强度降低,能够满足固井的各项指标的要求。

油基水泥早期水化机理研究

油基水泥是一种优良的选择性堵水材料.使用量热仪研究了普通细度水泥和细磨水泥配制的油基水泥早期水化过程的差异,发现油基水泥浆(油基原浆+水)的水化放热速率小于常规水基水泥浆,油基水泥浆的水化热随水浆比的增加而增大;提高水泥细度使其水化速度加快,但水化反应热降低.油基水泥浆的水化过程中存在明显的水化诱导期,且水浆比越大,诱导期越长.力学性能测试表明,硬化油基水泥石的抗压强度随水浆比的变化而有很大的差别,水浆比适中时(0.20～0.30)抗压强度最高;水泥细度提高则早期抗压强度增加.烧失量法测定结果表明,硬化油基水泥石水化程度主要与水浆比有关,温度和水泥细度也有一定的影响;7 d龄期硬化油基水泥石水化程度较低(33%～64%),后期抗压强度仍有较大增长潜力.图4表5参6.

油井水泥低温早强剂X-1的性能评价

油井水泥低温早强剂X-1由活性硅,固体醇胺和阴离子型聚合物复配而成。水灰比为0.42-0.52时,加入10.0%的X-1可使水泥浆15℃稠化时间比净水泥浆缩短40%-50%。在15℃下养护12h,24h的抗压强度分别大于3.5MPa和6.5MPa。水泥浆体系的综合性能满足低温井固井施工的基本要求。

油井水泥无氯促凝早强剂的研制与现场试验

传统的复合早强剂中通常含氯盐,不适用于AMPS类水泥浆体系,且水泥石高温下长期强度会出现衰退现象,同时对套管有腐蚀作用。针对这些问题,研发出一种复配的无氯促凝早强剂,以硫酸钠、铝酸钠、甲酸钙和氧化钙,按照质量比1∶1∶1∶1均匀混合而成。实验结果表明:该早强剂适用于PVA类和AMPS类水泥浆体系;可使油井水泥在30℃低温下,8 h强度达3.5 MPa,稠化时间缩短至80 min以内,初凝时间缩短至90 min以内,初终凝过渡时间缩短至10 min以内,有利于油气井的防窜。该早强剂在大港油田板37-15井?139.7 mm生产套管固井中得到成功应用,固井质量优质率达81.2%,合格率达93.5%。

快硬早强油井水泥在浅层高含水调整井中的应用

快硬早强油井水泥是针对常规油井水泥在低温条件下水泥浆候凝时间长、强度发展慢、稠化时间不易控制等现象开发的新型特种油井水泥,该水泥具有低温下凝结速度短、抗压强度高、微膨胀、综合性能优等特点,并具有优异的抗冷冻及抗水浸性能,在此基础上研制的低温快凝防窜水泥浆较好地解决了浅层高含水调整井的固井质量问题,为中原固井外闯市场提供了有力的技术保障。

油井水泥早强剂SS-91及其现场应用

本文介绍了油井水泥早强剂SS-91的制备,评价了SS-91对水泥浆其它性能的影响、与其它外加剂的配伍性。报导了SS-91现场固井试验情况。

一种海洋深水超低温早强剂的研究

研究了一种深水固井用低温早强剂。该早强剂主要由固体PC-DA21S与液体PC-DA21L两部分组成,在满足稠化时间的同时,在低温10℃情况下14h形成支撑套管的3.5 MPa强度,24h达到6.9 MPa,3d水泥块强度达到19.6 MPa的高强度,甚至在低温3℃时也表现出较好的早强效果。该早强剂增稠现象不明显,水溶性好,也不含氯离子,有利于保护油井套管;且价格低廉,材料来源广泛,对环境无污染,可以满足未来500～2000 m水深的表层固井及技术套管固井作业需求。

油井水泥中低温早强剂BZC-1S的室内研究

由于在低温条件下,水泥浆因水化速度慢,候凝时间长,极易造成油、气、水浸,导致水泥环不致密、固井质量差等问题。本文研制了油井水泥中低温早强剂BZC-1S,它是由无机盐、有机盐和有机酸复合而成。低温早强促凝剂可在低温30℃的情况下,常压养护8 h抗压强度超过4.5 MPa,24 h抗压强度超过15 MPa;在低温60℃的情况下常压养护8 h抗压强度超过17 MPa,24 h抗压强度超过25 MPa;而且不影响体系综合性能,具有显著的早期促强效果,可应用于多种水泥浆体系。

磷渣在生产油井水泥中的应用研究

在快硬早强硅酸盐油井水泥生料中掺入1%~3%磷渣作原料,代替部分石灰石、页岩配料,磷渣的掺入能显著降低烧成温度、减少熟料烧成热耗,改善熟料矿物形成条件和熟料矿物结构。由该熟料生产的油井水泥的早期强度能得到大幅提高,其它相关物理性能优异。