防漏堵漏低密度水泥浆技术

跃进3-3XC井完钻井深达9432 m,水平钻进距离超过3400 m,刷新了亚洲最深和超深水平大位移井的纪录。该井地质结构复杂,施工难度大,对水泥浆性能要求高,除了高温、高压外,地层承压能力低,极易发生漏失。针对此类问题,通过研发新型功能性材料,构建了C-Lo PSD(1.30 g/cm^(3))、C-Lite STONE(1.60 g/cm^(3))与C-Hi PSD(1.40 g/cm^(3))三套低密度水泥浆体系,涵盖了中低温、高温等应用条件,并在跃进3-3XC井中成功应用,水泥浆性能满足固井需求。与之前用水泥浆体系相比,混浆效率、流变性、悬浮稳定性、水泥石抗压强度等明显提升。其中,C-Lite STONE(T_(BHC)=75℃/T_(TOC)=30℃)与C-Hi PSD(T_(BHC)=145℃/T_(TOC)=105℃)水泥浆体系在温差分别为45℃和40℃下,顶部48 h抗压强度达到8.1 MPa和14.3 MPa。跃进3-3XC井在施工期间多次遭遇漏失,通过使用自研的新型堵漏材料C-B62和C-B66,成功封堵裂缝,保证了固井施工的顺利进行。

耐高温树脂粉对热采井水泥浆性能的影响

稠油油藏在开采过程中由于高温蒸汽的注入,产生的热应力往往会导致固井水泥石的破坏。针对这一问题,优选了一种聚芳醚酮类耐高温树脂粉作为弹性材料加入水泥浆体系中,研究了树脂粉对水泥浆常规性能、力学性能及耐高温性能的影响。研究结果表明,在水泥浆中加入4%的树脂粉时,水泥浆的稠度系数为0.71 Pa·sn、滤失量为34 mL、稠化时间为225 min、抗压强度为17.69 MPa,水泥浆的常规性能均满足现场作业要求;而水泥石的弹性模量则可以降低至4 GPa以下,树脂粉的加入可以明显提高水泥石的弹性。加有树脂粉的水泥石在320℃高温养护28 d后,抗压强度为18.68 MPa,抗冲击强度为1.97 kJ/m^(2),弹性模量为3.67 GPa,显示了较好的抗高温强度和弹性。与未加树脂粉的水泥石相比,水泥石的渗透率降低了61.3%,弹性模量下降了39.1%,峰值应变增加了119.0%。树脂粉的加入改善了水泥石的脆性,增加了水泥石的弹性以及抗形变的能力,能够有效地提高热采井水泥石在注蒸汽作业过程中抵抗热应力破坏的能力。

废水泥浆对陶粒加气混凝土砌块性能的影响研究

在废水泥浆中的水取代全部拌合水的条件下,探究废水泥浆中的粉体以等量取代或系数为0.65~1.05折算取代部分粉煤灰时,对陶粒加气混凝土和易性及陶粒加气混凝土砌块抗压强度、干密度、干燥收缩、导热系数的影响。研究表明,水胶比为0.45,当废水泥浆浓度为0~18%时,按等量取代后,砌块28 d平均抗压强度为5.51~5.54 MPa,干密度为728~730 kg/m~3,干燥收缩值为0.28~0.41 mm/m,导热系数为0.137~0.145 W/(m·K);当废水泥浆浓度为20%时,按系数为0.75~0.95折算取代后,砌块28 d平均抗压强度为5.18~5.43MPa,干密度为732~743 kg/m~3,干燥收缩值为0.35~0.42 mm/m,导热系数为0.146~0.178 W/(m·K),此时,砌块符合JG/T 504—2016对CA5.0B07砌块要求。

浅谈固井水泥浆配方数据库的目的与意义

随着海油勘探开发工作量的不断攀升,油服固井作业量随之增加,固井化验室工作量相应迅猛增加。鉴于此现状,以前靠经验,看个人能力就会使化验室人员应接不暇,陷于疲惫状态。为了跟上现场作业步伐,改善现有状况,固井化验室建立了自己的数据库。一是按照水泥浆体系分门别类进行命名,二是在各水泥浆体系下面再细化命名方式,进而依据水泥浆配方关键影响因素确定固井水泥浆配方数据库的命名原则。水泥浆配方数据库的建立有利于后续作业配方的快速查找、翻阅以及设计,提高了化验室配方构建能力,有效指导了今后水泥浆配方的设计与施工。

丁苯胶粉固井水泥浆的研究

本文对市售丁苯胶粉(SB)理化性能分析,并对其用于固井水泥浆进行探讨。红外光谱分析表明其是以高岭土为隔离剂的羧基丁苯胶粉,其水溶液粒度分布呈现纳米级颗粒并表明其具有良好可再分析特性;在水泥浆中单独使用丁苯胶粉存在破乳现象,若添加以十二烷基二甲胺羟丙基磺基甜菜碱LHSB与壬基酚聚醚TX-15组合物(质量比4∶1)为稳定剂时,可消除破乳现象,90℃和140℃稠化曲线均正常;水泥浆中引入丁苯胶粉,水泥浆略有增稠,失水和SPN值均变小,说明胶粉起到辅助降失水和提高水泥浆抗窜性能;胶粉影响水泥石24 h早期强度,但对于6 d后水泥石起到降模量和增加泊松比的作用,水泥石弹韧性得到了改善。

基于二氧化碳泡沫水泥浆的淤泥固化研究

河湖疏浚会产生大量疏浚淤泥,其含水率、压缩性均较高。采用二氧化碳作为泡沫气体源制备二氧化碳泡沫水泥浆材料并以此作为固化材料开展淤泥改良,对疏浚淤泥的资源再利用及对实现碳中和目标具有重要的意义。基于传统空气泡沫水泥浆制备技术与普通水泥基固碳机理,采用二氧化碳替代空气制备二氧化碳泡沫水泥浆并以此进行淤泥固化,对泡沫浆液养护后形成结石体试块的力学性能以及疏浚淤泥固化后形成填料的力学性能和微观结构进行了试验研究。研究结果表明:发泡剂A_(2)和稳泡剂C_(1)的最佳组合为4,5 g/L;水泥水化水解产物中Ca(OH)_(2)与CO_(2)生成CaCO_(3)的转化率约增加26.1;水泥浆中粉煤灰的最佳掺量为30%;固化后形成的固化料的无侧限抗压强度、内摩擦角及黏聚力与泡沫浆液的掺量呈近似线性递增关系,而渗透系数与泡沫浆液的掺量呈近似线性递减关系。研究成果为淤泥固化的工程应用和二氧化碳“变废为宝”的途径提供重要指导。

水泥浆拌和固化二氧化碳对水泥性能的影响

为研究水泥浆拌和固化二氧化碳对水泥性能的影响,将不同状态二氧化碳以不同掺量加入新拌水泥,测试水泥浆的固碳效果和强度,并采用TG-DTG、MIP、SEM等表征方法,探究二氧化碳对水泥浆体强度和微观结构的影响机理。结果表明,当水灰比为0.50、气态二氧化碳掺量为1.5%(质量分数)时,水泥的抗压强度和二氧化碳固化效果最佳,3、7 d抗压强度提升100%,28 d抗压强度提升139.6%。掺入二氧化碳后,100~600 nm的孔几乎消失,100 nm以下的孔明显增多,水泥内部的有害孔减少,水泥硬化浆体内部孔结构得到改善。二氧化碳加速水泥早期水化反应,水化产物的生长状态和结合方式得到优化,实现水泥基材料的固碳强化。

水泥浆性能对固井效果的影响

固井效果的优劣,将直接影响到目标井固井完成后的生产情况,以及后续的其他各项施工作业,而水泥浆的性能,将会对固井的质量造成最直接的影响。为了提高固井施工的成功率,本文从水泥浆密度、稳定性、稠化时间、失水量、抗压强度等方面分析了水泥浆的各项性能对于固井效果的影响。

基于紧密堆积理论的深水低密度三元固相水泥浆体系

深水浅表层固井作业过程中由于海底低温导致水泥环早期力学强度发展缓慢、内部密实度不高,易引发水气窜流,进而导致固井质量低劣甚至密封失效等复杂情况。为此,采用分形特征方程对G级油井水泥、纳米CaCO_(3)(NC)和漂珠(CS)进行紧密堆积,然后结合室内实验评价,优选出了一套密度为1.50 g/cm^(3)的具有低温早强性能的三元固相水泥浆体系,并利用抗压强度测试、XCT、SEM等方法对紧密堆积体系的增强机理进行了表征和分析。研究结果表明:(1)三元紧密堆积体系早期力学强度发展快速,在10℃的低温条件下,24 h抗压强度可达3.5 MPa以上;(2)相比于相同密度的NC二元体系和CS二元体系,孔隙率降低了19.10%~33.05%,抗压强度提高了7.0%~21.1%;(3) NC可以为水泥水化提供成核位点、填充细化孔隙,CS可以部分替代水而提高体系致密性,在两种材料的协同作用和紧密堆积效应下可实现早期力学强度的快速发展。结论认为,三元固相级配水泥浆体系利用紧密堆积理论发挥了3种材料的各自优势,进而实现了早期力学强度的快速发展,对于深水井表层套管固井作业防止水气窜流具有很好的理论指导意义和应用推广价值。

海域天然气水合物地层微生物自修复固井水泥浆的水化控热作用机理

随着深海天然气水合物资源开发的深入,固井技术成为保障开采安全的关键环节。固井水泥浆的水化热控制对于防止水合物分解、确保井筒稳定性具有重要意义。目前,微生物技术在固井水泥浆中的应用已取得初步进展,尤其是在提高水泥浆力学性能方面,但是在调控水化热方面的研究仍相对较少。本研究旨在探索微生物固井水泥浆在深水水合物地层中的应用前景。通过开展水泥浆水化热测试、热重分析(TGA)和傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)与能谱仪(EDS)测试,探究了微生物矿化作用对水泥浆水化热及水化过程的影响机理。本文研究表明,微生物自修复固井水泥浆在降低水化热方面具有显著优势,尤其是在水化中后期,其累积水化放热量较对照组降低了13.19%。微生物矿化反应生成的碳酸钙有效抑制了水泥水化反应,导致水化放热峰值滞后,且在水化过程中持续降低水泥浆的水化速率。此外,微生物自修复固井水泥浆中游离水和水化硅酸钙凝胶的含量均高于对照组,而氢氧化钙含量较低。碳酸钙含量与水泥浆水化放热量之间存在最优值,超过3.0%后,水化热开始降低。本研究为解决深水水合物地层固井水泥浆水化放热导致水合物分解的问题提供了新的技术途径,对于开发适应极端海洋环境的固井水泥浆体系具有重要的参考价值。

基于一种新型触变剂的堵漏水泥浆体系

天然大缝洞、薄弱泥页岩、窄安全密度窗口等复杂地层造成恶性井漏问题突出,堵漏成功率低,已成为制约钻井工程提质增效的重要技术难题之一。基于触变剂作用机理,利用纳米二氧化硅与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)3种单体进行接枝共聚,开发出了一种有机与无机相结合的新型低黏触变剂XZ-CBL,并配套优选了降失水剂和缓凝剂,形成了触变堵漏水泥浆体系。测试结果表明,触变堵漏水泥浆体系流动性好,初始稠度可低至10Pa·s,静置10min后表现出较强的触变性,停机稠度增值大于20 Pa·s,再次剪切稠度迅速恢复至停机前稠度,具有可泵性好、滞留性强的特性。

龙凤山气田易漏井不承压泡沫水泥浆固井技术

中国石化龙凤山地区面临井温高、地层承压能力低、周期长、承压堵漏成本高等系列固井技术难题,导致固井周期长、费用高且固井质量无法保证等。为解决上述问题,在分析工区现有固井工艺的基础上,提出了不承压泡沫水泥浆固井设计思路,形成了龙凤山地区不承压泡沫水泥浆固井工艺,建立了泡沫水泥浆井内密度及恒密度注气固井计算方法与固井工艺;优选了发泡剂、降失水剂和早强剂等泡沫水泥浆关键外加剂,开发了新型低密度泡沫水泥浆体系,耐温性可达到120℃以上,泡沫半衰期大于420 s、水泥浆30 min失水32 mL、48 h强度13.3 MPa,各项性能均可满足中石化龙凤山气田高温、深井固井要求;形成了适合于龙凤山气田泡沫水泥浆固井技术。现场11口井应用表明,该项技术能够有效提高固井质量,避免了固井前承压、分级或尾管固井作业,平均节约承压堵漏周期7 d以上,经济效益显著。龙凤山气田泡沫水泥浆固井技术对解决中国石化其他工区深井、高温井固井漏失、承压堵漏等难题具有重要借鉴意义和可持续性推广价值。

电石渣对CO_(2)拌和水泥浆性能及固碳效能的影响

为提高CO_(2)直接拌和水泥基材料的固碳效能,以电石渣作为增强固碳材料,研究了电石渣和CO_(2)对新拌水泥净浆的流动度、凝结时间、抗压强度、固碳量和固碳效率等性能的影响。结果表明,电石渣掺入水泥浆体中会降低浆体流动度,加速浆体凝结,降低水泥石各个龄期的抗压强度。通入CO_(2)会进一步降低浆体的流动度,可延长浆体的凝结时间,水泥石抗压强度也有所提高。电石渣的掺入能够提高CO_(2)拌和水泥净浆的固碳量和固碳效率,当电石渣替代水泥用量为15%(质量分数),时固碳量最高且为6.95%,当电石渣掺量为10%时,固碳效率最佳,可达13.03%。研究结论旨在为建立低碳水泥基材料制备和电石渣资源化协同利用新途径提供参考。

FRP筋与水泥浆界面粘结滑移特性数值模拟研究

基于试验和数值模拟方法研究FRP筋与水泥浆的粘结特性与不同因素对其粘结行为的影响.以有限元软件中的Cohesive单元模拟FRP筋与水泥浆之间的界面粘结滑移,以混凝土塑性损伤模型模拟水泥浆体的损伤与破坏行为.按试验工况及加载条件建立FRP筋-水泥浆界面粘结滑移模型.通过控制变量法研究了FRP筋类型、直径、长度等因素对界面粘结行为、粘结应力分布和破坏机制的影响。结果表明:不同纤维材料的粘结性能差异较大;增大粘结长度、筋材直径能够提高极限承载力;在加载过程中,FRP筋体轴力主要分布在加载端,随着荷载增加,靠近加载端的筋体轴力增幅大于粘结段末端;拉拔荷载达到峰值时,界面粘结单元开始破坏、界面粘结单元发生损伤,粘结强度不断下降;随着粘结-滑移曲线进入下降段,界面粘结作用逐渐失效,构件完全破坏.

基于电化学阻抗谱的石灰石粉硬化水泥浆体孔结构演化研究

为了研究大掺量(质量分数为20%以上)石灰石粉硬化水泥浆体的孔结构演化行为,本文基于电化学阻抗谱(EIS)、压汞(MIP)测试分析,探究大掺量石灰石粉对硬化水泥浆体EIS拓扑结构和孔结构参数的影响规律,并建立大掺量石灰石粉硬化水泥浆体的微观结构等效电路,研究等效电路中元器件和孔结构参数之间的关系。结果表明:随水化龄期的延长,石灰石粉掺量对EIS拓扑结构参数中Bode角和θ_(max)的影响规律显著,大掺量石灰石粉硬化水泥浆体的孔径分布整体由大孔和毛细孔向过渡孔和凝胶孔发展演化;另外,EIS等效电路中电阻随硬化水泥浆体中毛细孔含量的增加而减小,电容随硬化水泥浆体中凝胶孔含量的增加而减小。

一种饱和盐水水泥浆用新型促凝剂的研究

钻遇深水巨厚盐层时,易发生盐溶解和盐蠕变,给固井作业带来了极大的技术挑战。为了减少盐溶解对固井水泥浆性能造成的不良影响,采用饱和盐水配制水泥浆。针对饱和盐水水泥浆存在稠化时间长、抗压强度低的问题,开发出一种新型促凝剂C-A96L,并评价其在饱和盐水水泥浆中的各项性能。结果表明:C-A96L能够缩短水泥浆稠化时间和静胶凝过渡时间,提高水泥石24 h抗压强度,且不会影响水泥浆流变性能;以C-A96L为核心材料构建的饱和盐水水泥浆体系各项性能也均满足现场施工需求。

盐岩地层矿物离子对水泥浆性能的影响规律

盐岩地层,特别是大段盐岩地层,富含的Na^(+)、Ca^(2+)、Mg 2+等无机盐离子,固井期间通过溶解、扩散进入水泥浆,会诱发水泥浆API性能改变,不利于固井安全和固井质量。以某储气库钻遇的盐岩地层为对象,通过能谱分析盐岩地层的矿物离子类型及含量,明确盐岩地层主要的无机盐种类;试验评价单一无机盐、复合无机盐对固井水泥浆API性能的影响规律。结果表明:单一无机盐会诱发水泥浆的某一项或几项API性能指标不符合标准要求,而复合无机盐对水泥浆各项性能指标均产生不利影响;加入NaCl∶CaSO_(4)∶MgCl_(2)=42∶50∶8(质量比)的复合无机盐,水泥浆稠化时间、流变性能变化最突出,稠化时间降幅达55.0%,稠度系数增加1260.5%;加入NaCl∶CaSO_(4)∶MgCl_(2)=88∶10∶2的复合无机盐,水泥浆滤失量、抗压强度变化最显著,滤失量增加58.2 mL,增幅158.2%,抗压强度损失9.0 MPa,降幅达38.3%;含有一定比例MgCl_(2)的盐岩地层固井,应注重水泥浆稠化时间、流变参数、抗压强度性能的优化;含有一定比例CaSO_(4)的盐岩地层固井,应强化水泥浆滤失量的优化。

交流电场养护对水泥浆体性能的影响

交流电场养护是一种绿色、可智能调控水泥基材料温度的快速养护方式。为研究交流电场对水泥浆体性能的影响,测试了水泥净浆试件在养护电压、试件长度、截面面积和水灰比4个影响因素作用下的温度变化,并测试了不同峰值温度条件下试件的力学性能。通过MIP测试的试件微观孔隙结构分析了峰值温度对孔隙结构的影响,讨论了交流电场能耗和电功率对峰值温度的影响。结果表明:交流电场的施加提高了水泥浆体的峰值温度和升温速率。各因素对试件峰值温度的影响由大到小依次是电压、试件长度、试件截面面积、试件水灰比。试件的抗压强度随着峰值温度的增加先上升后下降。这可能是由于试件峰值温度的提升会加速水泥的水化和产物的形成,密实了样品的孔结构,进而提升试件早期力学性能。但过高的温度也会导致试件产生热伤损,不利于微结构与性能的发展。此外,发现单位体积能耗和电功率与试件峰值温度成线性关系。

固井水泥浆共聚物类耐高温降失水剂的制备及其机理探究

以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为单体,通过自由基共聚制备了降失水剂FLA。考察了适宜的合成条件,利用FTIR,1H NMR,GPC,TG-DTG对FLA的结构等进行了表征,并研究了含FLA的水泥浆性能。实验结果表明,合成FLA适宜的条件为:m(AMPS)∶m(AM)∶m(AA)∶m(NVP)=4∶3∶2∶1,反应温度50℃,pH=8,引发剂加量0.3%(w),反应时间4 h。FLA的添加降低了水泥浆的流变性能,但搭配分散剂时水泥浆的流变性能满足要求。FLA对水泥石的抗压强度无显著影响。含FLA的水泥浆具有较好的稠化性能。FLA加量为6%(w)的水泥浆在淡水中210℃下失水量小于60 mL,在18%(w)和36%(w)盐水中失水量小于100 mL。FLA各项性能均满足高温下固井技术要求。FLA可吸附在水泥颗粒表面,形成致密的吸附层,降低材料孔隙度,从而控制水泥浆过滤能力,有望应用于超深层油田固井工作中。

热引发聚合方法制备抗240℃水泥浆降失水剂

针对现有水泥浆降失水剂耐高温性能不足的问题,以高温热引发聚合方法替代传统水溶液引发剂聚合方法,设计并合成了抗温为240℃的三元水泥浆降失水剂HTFLA-A。通过实验确定了HTFLA-A的最佳合成条件:水与单体总质量比1∶1,控制温度为150℃,体系pH值为9,反应时间为32 h。并采用红外光谱(FT-IR)、热重分析(DSC/TGA)及核磁共振谱对HTFLA-A进行了表征。结果表明,HTFLA-A为目标预期产物,在439℃时的热失重仅为23.80%,这是由于高温合成过程中去除了单体中不稳定结构和有机合成过程中副反应产物,提升了高分子材料的抗温性能。对HTFLA-A的性能评价结果表明,当HTFLA-A加量为1.2%,可将水泥浆在180~240℃、6.9 MPa时API失水量控制在50 mL以内。