固井水泥环柱的腐蚀研究

水泥环柱作为油气井套管的护套和包被，对防止套管腐蚀，封隔油、气、水，延长油气井寿命有至关重要的作用。水泥环柱的腐蚀、腐蚀机理及抗腐蚀固井材料的研究至关重要。本文全面地综述俄罗斯（ 包括前苏联）、美国、中国（特别是中油气集团公司工程技术研究院） 在这一领域的长期、系统的研究成果，应用非金属腐蚀及耐腐蚀理论系统地探讨水泥环柱腐蚀动力学及减少水泥环柱腐蚀的研究结果。

温度及外加剂对G级油井水泥强度的影响

利用超声波强度测试仪、高温高压养护釜及强度仪等仪器 ,对各种不同条件下G级油井水泥石强度进行了测试 ,得出了在不同温度及外加剂条件作用下的水泥石强度的发育及变化特点 ,确立了水泥石产生高温强度衰退存在 2个临界温度 ,即 1 1 0℃和 1 50℃ ;确定了能够有效抑制高温条件下水泥石强度衰退的合理硅砂加量为30 %～ 40 % ;阐述了在 1 1 0～ 1 50℃及 1 50～ 2 0 0℃ 2种温度范围内 ,加砂水泥的强度分别具有二级台阶及一级台阶等不同的发育规律。分析了外加剂对水泥石强度及发育特点产生的影响规律和外加剂的适用范围 。

油基超细水泥浆选择性堵剂研究

油基超细水泥浆可用作油藏的选择性堵水剂。本文工作考察了添加剂用量、油灰比、油基携带液和配制温度对其密度和流动性的影响 ,研究了油基水泥浆的水化性能 。

高温条件下G级油井水泥原浆及加砂水泥的水化和硬化(英文)

利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了80～240℃温度范围内温度、硅砂对G级油井水泥水化硬化的影响,检测和分析了硬化体的水化产物、微观结构和强度,揭示了水化产物组成、微观结构及硬化体抗压强度的变化特点。结果表明:当养护温度超过110℃时,不添加硅砂的水泥原浆的主要水化产物由CSH(Ⅱ),C2SH2,C3S2H3转变为C2SH,硬化体微观结构由三维网络状结构转变为板快状或团块状结构,原浆水泥石抗压强度随温度升高而降低;在相对较高的温度条件下,添加硅砂的水泥主要水化产物则分别转变为C5S6H5,C6S6H(>150℃),C5S5A0.5H5.5,C3.2S2H0.8及其他类型的水化硅酸钙晶体,硬化体的微观结构相应地变为纤维网状、粗框架、短平行针状及团块状,在温度为100～150℃范围时,添加硅砂的水泥硬化体抗压强度随温度升高而增加,而在温度为150～240℃范围时,抗压强度随温度升高而降低。对于温度超过120℃的深井,合理的硅砂加量为30%～40%。

钻屑与油井水泥的胶结特性

将实际地层岩芯破碎，制成带有１ｍｍ厚泥饼的碎岩屑。在实验室内，模拟水泥环与地层胶结全过程，分析了泥饼以及采用不同配方的水泥浆，对各种钻屑与油井水泥胶结强度的影响。通过半定量方法对不同的钻屑油井水泥砂浆结石体进行了描述。研究了净油井水泥、沸石油井水泥，沸石、海泡石油井水泥与钻屑的胶结宏观与微观形貌，并借助于扫描电镜分析了３种界面的微观形貌。结果表明：水泥净浆与有泥饼的钻屑根本无胶结。只要是有泥饼存在，不管多薄，都会在井壁上形成不可固化之夹层，使水泥环与地层岩石之间存在不同程度的剥离。泥饼存在，致使胶结强度下降。沸石油井水泥的胶结强度较高，加入海泡石能在界面上起到纤维交联与强化作用。

化学交联聚乙烯醇的降滤失机理

所研究的化学交联聚乙烯醇 (PVA) ,为PVA与形成共价键的交联剂在 5 0℃、后期 pH值 <5的条件下在水溶液中反应生成的 ,相对分子质量 3.5× 10 5～ 6 .5× 10 5,含有少量杀菌剂和稳定剂。对照化学剂为一种络合交联的PVC ,或称混合交联PVA ,即与水泥干混的PVC加硼酸钠。实验研究结果表明 :加入 0 .4% (BWOC)化学交联PVA可使G级油井水泥浆 10～ 10 0℃的API滤失量降至 5 0mL以下 ,加量增至 0 .6 %时 12 0℃滤失量为 5 4mL ,抗盐 (NaCl)能力可达 80 g/L(75℃数据 ) ,均远优于混合交联PVA ;加入化学交联PVA的水泥浆 ,1分钟滤失量占 30分钟滤失量的 6 0 %以上 ;加量 0 .1%～ 0 .15 %区间滤失量急速下降 ,加量继续增加时滤失量不再明显下降 ;化学交联PVC在水泥颗粒表面的等温吸附符合Langmuir单分子层吸附模型 ;基于达西定律考察滤失量与滤液粘度之间的关系 ,发现化学交联PVA降低滤失量的主要因素不是增粘作用 ,而是滤饼渗透率降低 ,在滤饼下面、过滤介质表面形成一层有一定韧性的完整致密聚合物膜 ,此膜在升温至 12 0℃时仍稳定不变 ,滤失量不显著增大 ,而混合交联PVA形成的膜 ,接近 10 0℃时开始破坏 。

高含水油井堵水用复合颗粒堵剂

YH98 0 7是针对东濮凹陷各油藏复杂的地层条件 ,为高含水油井堵水研制的水硬性可凝固颗粒堵剂。以浆液 90℃凝结时间和凝结体强度 (以针入度值表示 )为指标 ,确定了 3种组分用量的可调节范围 :2 %～ 8%氧化钙 (5 0～ 10 0目 ) ,8%～ 30 %油井水泥 (D级 ) ,5 %～ 2 5 %增强剂 (2 0 0目 ) ,其他组分的用量为 :3%膨润土 (粒径 5 μm ) ,0 .2 %缓凝剂 ,其余为水。适当配方堵剂浆液随温度的升高 (70～ 12 0℃ ) ,凝结时间逐渐缩短 (5～ 1h) ,针入度逐渐减小 (2 2～ 14 ) ;随浆液 pH值的升高 (4～ 12 ) ,90℃凝结时间和凝结体针入度基本不变 ,特别是在 pH值 6～ 12范围完全不变 ;随浆液NaCl含量增加 (0 %～ 35 % ) ,这两项测定值变化很小 ;在 90℃放置 6个月后针入度值保留率大于90 % ;在不同渗透率 (33～ 136 μm2 )人造岩心上 (直径 2 .5cm ,长约 6cm) ,在 90℃凝结后堵水率大于 90 % ,突破压力不小于 0 .5MPa。在中原胡状、马寨、文留等油田用YH98 0 7实施油井堵水 15井次 ,工艺成功率 10 0 % ,有效率93% ,平均有效期 183天。简介了选井原则。

DB 型油井水泥膨胀剂的研究

油井水泥固有的收缩特性是诱发油气井气窜和造成水泥环胶结质量差的主要原因。研制了一种新型油井水泥膨胀剂（ Ｄ Ｂ） ，当掺量为水泥的３ ％ —８ ％ 时，可使水泥浆产生足够大的塑性膨胀及后期体积膨胀，并且其塑性强度发展高于净浆。膨胀量随养护温度的升高和养护龄期的延长而增大，在受限状态下能显著改善水泥石的抗压强度和胶结强度。 Ｄ Ｂ 膨胀剂与降滤失剂及分散剂的配伍性好，对水泥浆的其它工程性能无明显影响。结合实验结果讨论了该膨胀剂的作用机理。

油井水泥缓凝剂研究进展

简述了水泥缓凝化学原理及常用油井水泥缓凝剂的类型,综述了国内外油井水泥缓凝剂的研究进展,包括有机物类[有机膦酸(盐)和羟基羧酸(盐)],聚合物类(AMPS共聚物和其他聚合物),及国外环保型缓凝剂;同时探讨了国内高温缓凝剂今后的发展方向。指出了在缓凝剂研发中可以利用的现代分析测试手段。参29。

油井水泥多功能防窜剂的研究及应用

针对国内外石油工程界尚未很好解决的固井技术难题,提出了新的防窜作用机制,并研制开发出了F17C油井水泥双膨胀降滤失剂,对其在不同条件下的膨胀量、滤失量、胶结强度和工程性能进行了评价。结果表明:F17C不仅可使油井水泥浆产生足够的塑性膨胀和后期膨胀,而且还能有效地控制水泥浆的失水量。掺入该材料后,水泥浆的其它工程性能也满足API规范和现场施工的技术要求。100多口井的固井实践证明:F17C可大幅度提高调整井的固井优质率,是一种值得推广的新型油井水泥多功能防窜剂。

G级油井水泥的水化及硬化

研究了G级油井水泥在不同温度条件下的水化硬化特点及强度性能 .分析了不同条件下硬化浆体水化产物的组成、形态及显微结构的变化特点 ,揭示了不同温度及外加剂条件下水泥石强度发展及变化规律 ,阐明了温度对水泥石强度性能产生影响的内在本质 .

SLD油水井化学封窜堵漏剂的研制与应用

为了克服水泥类无机凝胶材料封窜堵漏剂的不足，研发了SLD封固剂。该剂由20％～30％网架结构形成剂（碳纤雏及有机交联剂）、60％～70％胶凝材料（超细油井水泥）、5％～10％活化剂（无机钙盐及偶联剂）及0．2％～1％施工性能调节剂（有机磺酸盐）组成，使用时加水配成浆液，水灰比1：1．2～1．5。50℃下的性能实验评价结果表明，SLD挤入储层的深度远小于而封固强度（达25MPa）则远大于G级油井水泥，封固的岩心被突破后经再次养护，强度可基本恢复。从组份功能及固结物结构、性质解释了SLD的以上特性。SLD可用于修补破损套管、水泥环，封堵炮眼及堵水，封固半径〈0．8m可调，适用温度为30～160℃，初凝时间6～20h可调。SLD已成功用于塔里木油田6口井封套外窜，5口井堵套漏，有效期超过一年。其中2口封窜井随后承受住了酸化作业的高压（42、35MPa）。图3表2。

聚合物胶乳水泥浆的流体阻隔性能研究

考察了已知组成的3种实验水泥浆形成的水泥石对气、水、油的阻隔性能。聚合物胶乳水泥石,80℃、21 MPa下养护24小时的随其中胶乳掺量的增大（0-30%）,用空气、水、煤油测定的突破压力增大,渗透率降低。25℃、0.1MPa下养护96小时的PVA、聚合物胶乳和非渗透聚合物胶乳水泥石,其空气渗透率随气体驱替压力的增大（0.1-3.5MPa）而增大,最大渗透率分别为0.50986×10^-3、0.01649×10^-3和0.00541×10^-3μm^2,与第一、第二壁面胶结有关的验窜突破压力分别为13.0、15.0和17.0MPa/m。聚合物胶乳水泥浆和非渗透聚合物胶乳水泥浆可以满足含CO2和H2S气井固井作业要求。

低温下油井水泥石孔结构与抗压强度的关系

根据Powers理论模型,通过引入相对水化程度及选定油井水泥石的本征强度参数,结合Balshin方程和Schiller方程,建立了低温条件下油井水泥石孔结构和抗压强度的数学模型。比较结果表明:Balshin方程的计算值与实验值有着良好的线性关系,在水泥浆体的水化龄期小于90d时结果比较吻合,而Schiller方程则不适用。

泡沫水泥稳定性研究

讨论了液气界面张力和Laplace压力差对泡沫水泥稳定性的影响。定义置于内径3 5cm、高100cm量筒中的泡沫水泥浆体初凝时高度与初始高度之比为泡沫水泥稳定系数ψ,实验测定了泡沫水泥的稳定性。ψ>95%的泡沫水泥可用于固井施工。实验泡沫水泥由100∶25的G级油井水泥+漂珠、发气剂FCA+FCB(2 5%+1 0%)、稳泡剂FCF(2 5%)、缓凝剂FCR(1 1%)、增强剂FCP(1 0%)、水(75 0%)配成。密度0 809、0 979g/cm3的泡沫水泥,浆柱上、下部密度差分别为0 019、0 012g/cm3,ψ值分别为99%、100%。电镜照片显示实验泡沫水泥中气泡相互分离,细小,均匀,呈球状,结构稳定。用化学发气法制备的泡沫水泥在密度大于0 7g/L时结构是稳定的,密度小于0 7g/cm3时结构的稳定性取决于配方。图2表2参4。

油井水泥膨胀、降失水双效材料的研究

油井水泥固有的高体积收缩和高失水特性是造成油气井气窜和固井质量差的主要原因，也是国内外固井界尚未很好解决的重要问题之一。本文研制了一种新型的油井水泥膨胀材料（ＤＤ 型） ，并对其在不同条件下的膨胀量、抗压强度、胶结强度和工程性能进行了评价。此外，还对该材料的作用机理进行了理论分析。结果表明：当其掺量为水泥的１０ ％ ～２０ ％ 时，不仅可使油井水泥浆产生足够的塑性膨胀和后期膨胀，而且还能有效地控制水泥浆的失水量。掺入材料后，水泥浆的其它工程性能也满足ＡＰＩ规范和现场施工的技术要求。

一种耐温的油井水泥缓凝剂的制备

由二甲胺、亚磷酸、丙烯醛合成了3-(二甲胺基)烯丙基膦酸DMAAPA,再在硫酸亚铁铵/过氧化氢体系引发下与衣康酸共聚,得到了DMAAPA/IA共聚物。介绍了合成过程。通过红外光谱分析确认了DMAAPA的化学结构。在水灰比0.44,加有0.25%分散剂的基础D级水泥中加入0.5%共聚物,水泥浆室温和90℃下的流型指数n值和K值(五次平行测定平均值)分别由3.376降至3.000,由0.0276Pa.sn降至0.0262Pa.sn;118℃、50 MPa下的稠化时间由74 m in延长至124 m in,稠化曲线趋于直角化;加剂量为0.5%和1.0%时,90℃养护24 h的抗压强度(三次平行测定平均值),由19.8 MPa分别降至18.4和15.5 MPa。讨论了该共聚物的缓凝机理。

单轴应力条件下水泥石强度与弹性模量的关系

利用高温高压养护釜、压力试验机等设备对油井水泥石的应力-应变曲线进行了检测。分析了温度、外加剂对水泥石强度和弹性模量的影响规律,研究了强度与弹性模量关系模型的建立问题。结果表明,单轴应力条件下水泥石具有明显的弹性变形及脆性破坏特征;强度与弹性模最初随养护温度提升而增大,达到一定温度后,随温度继续升高而减小;各体系的强度及弹性模量均随养护时间的增长而增加,分散剂、降失水剂、胶乳能降低强度和弹性模量,早强剂、膨胀剂能增加强度和弹性模量,硅砂能增加高温条件下水泥石的强度及弹性模量;采用数据回归分析方法建立水泥石强度与弹性模量之间的关系模型,可以依据所建立的模型利用水泥石强度测试数据估算弹性模量。

增韧水泥浆用于修补长庆油田采油三厂套损井

为修补破损的水泥环和套管,研制了以纤维材料和颗粒剂为主要材料的两种复合增韧剂CSDL-1和CSDL-2,给出了配方。将增韧剂掺入G级油井水泥,按水灰比0.44配制成两种增韧水泥浆,在80℃下其初凝时间分别为11-12小时和8-9小时,终凝时间分别为18小时和14小时,均可适当调整,在淡水和盐水中,在室温自由养护、60℃高压养护,三轴应力养护后的抗压强度均大于24 MPa,其胶结强度高,随温度升高（20-100℃）边疆增大。断裂面电镜照片表明纤维材料减缓了裂纹的扩展。介绍了用该增韧水泥浆成功修补两口套损井的情况。

油井水泥复合增韧剂FD性能研究

所研制的油井水泥复合增韧剂FD由直径10～12μm、长4～7mm的无机纤维F和粒径150～230μm的细切合成纤维D按13:2的质量比复合而成.F在一定掺量下可提高水泥石的抗折强度、抗冲击功(掺量0.5%～2.0%,BWOC)和抗压强度(掺量～1.0%),D在掺量0.05%～0.3%时可提高水泥石抗冲击功,使抗压强度下降,不影响抗折强度.掺入1.5%FD使3个简单配方水泥石抗折、抗压强度和抗冲击功分别增长17%～30%、11%～19%、33%～45%,弹性模量降低7.4%～18%;3个配方水泥浆的滤失量、析水率、稠化时间、流动性均满足固井施工要求;当配方中掺有降滤失剂和减阻剂时,稠化曲线规范.基于水泥石断面电镜照片和文献资料讨论了FD这一纤维/微粒复合物增韧水泥石的机理.用压汞法测定,掺FD水泥石的孔隙率由33.5%降至30.0%,直径＞10-1μm的有害孔比例由22.4%降至19.5%,这是FD增强水泥石的机理.图5表4参5.