页岩气固井高密度防窜韧性水泥浆体系研究

随着页岩气开发的深入,由于深层页岩气井垂深较深、地温梯度高、页岩地层孔隙压力、地层破裂压力相对较高,在固井作业中,为了达到良好的顶替效果,固井水泥浆的密度较高。高密度水泥浆往往存在固相材料多、浆体黏度高、流动性差、高黏度下水泥浆密度难控制问题;水泥浆加重剂加量大、易沉降,存在稳定性问题;高密度水泥浆中水泥占比相对少,抗压强度低,存在防窜问题。通过开发纳米防窜剂与复合加重剂形成了新的页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系,现场应用效果较好,能够为后期深层页岩气井固井提供技术支撑。

不同固井水泥浆体系防气窜能力研究

【目的】为了研究常用的几种水泥浆体系防气窜性能,并建立科学的评价方法,同时指导施工现场进行水泥浆体系配方的调整。【方法】在对固井水泥浆发生气窜机理研究的基础上,采用自制的水泥浆防气窜评价设备,建立水泥浆防气窜能力评价方法,测试并研究不同水泥浆体系的防气窜性能。【结果】结果表明,高水灰比不利于水泥浆防窜,防窜材料能够明显提升水泥浆防窜能力。【结论】研究得出,后期水泥浆防窜能力研究应聚焦在高压下模拟水泥浆气窜效果及弹性颗粒材料等方面。

可储存液体化水泥技术

介绍了一种新型固井水泥浆——可储存液体化水泥。可储存液体化水泥是一种可在液体状态下稳定保存,并在需要时可凝结硬化的液体化水泥。该项技术可提前预制水泥浆,解决了传统固井水泥浆密度波动大的难题,实现水泥浆密度精确控制,满足路途遥远、现场施工极端困难条件下的固井需要。详细介绍了可储存液体化水泥的组成、性能、技术特点及应用领域。该水泥浆储存期间浆体稳定,储存期长,可达90 d以上。激活后的可储存液体化水泥在性能上与传统水泥浆性能相近,可满足40~180℃的水泥浆设计要求,水泥浆静胶凝强度过渡时间短,SPN性能系数低,有良好的防气窜性能。该水泥浆可在基地混配好,不用在现场进行混配,浆体配好后性能也会被“锁定”,会一直保持设计的性能。当水泥浆泵入井下后,才被激活,而后固化。

大宁-吉县区块深层煤岩气水平井钻井技术

为了解决鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块深层煤岩气先导性试验区大平台钻井轨道设计困难、长裸眼段反复漏失、泥灰互层可钻性差、泥岩和煤岩易坍塌、水平段固井质量差等技术难题,从先导性试验区煤岩储层特征和岩石力学特性入手,开展了井眼轨道优化设计、防漏堵漏工艺技术、高性能PDC钻头设计、长裸眼段钻井液技术和固井工艺技术等关键技术的研究,形成大宁-吉县区块深层煤岩气水平井钻井技术。在先导性试验区25口水平井中应用结果表明:高性能PDC钻头平均进尺、平均机械钻速明显提升,复杂时效有效降低,钻井周期明显缩短,防漏堵漏提升明显,固井质量合格率100%,提质提效效果明显。研究成果可为鄂尔多斯盆地东缘深层煤岩气的有效动用提供技术支持,对我国其他深层煤岩气区块勘探开发具有一定的借鉴意义。

一种低黏韧性双防低密度水泥浆的室内性能研究

陆丰油田大位移井储层渗透率低、欠压稳,容易发生气窜,造成固井质量不佳,存在底部高温区域沉降稳定性差、易漏等固井技术难题。针对这些难点,室内筛选3M高强抗压中空玻璃微球来降低水泥浆密度为1.4 g·m^(-3)的同时可以提高水泥石的抗压强度,选用纤维与胶乳混合作为增韧材料,降低了水泥石的渗透率,有效达到目的层增韧防漏的效果。该增韧材料协同防窜剂CT-1和膨胀剂EXP-1,提高水泥石的胶结强度,具有防漏防窜的作用。由上述主要材料协同其他相关水泥浆添加剂构建了一套具有低黏韧性兼具防漏和防窜性能的低密度水泥浆体系,该低密度水泥浆体系具有良好的流变性,自由液为零,且水泥石上部密度和下部密度差值均小于0.03 g·m^(-3),可以看出该韧性水泥浆体系具有优异的沉降稳定性能。低黏韧性双防低密度水泥浆具有良好的力学性能,抗压强度达28 MPa,弹性模量小于7 GPa,抗窜强度大于10 MPa·m^(-2),且抗窜效果较普通低密度水泥浆抗窜能力提高了81.2%,说明该水泥浆具有较强封隔能力,可以有效提高固井质量。

星探1井韧性防窜水泥浆技术

星探1井是吉林油田部署在长春双阳区境内的一口深层水平井,完钻井深为5758 m,水平段长为2015 m。针对该井漏失问题以及后期大型压裂对水泥环抗冲击能力要求比较高的难题开展研究,研发了具有“核-壳”结构的增韧防窜剂TA-1,基于此形成了韧性防窜水泥浆体系。TA-1具有弹性内核与柔性支链,能发挥增韧、成膜、与水化产物形成级配的作用。水泥浆性能测试结果表明,浆体稳定性好,稠化时间在150~350 min可调;SPN值达1.15,表现出较好的防窜能力;TA-1能降低水泥石弹性模量达29.5%,抗冲击能力提升16.4%,同时24 h强度大于20 MPa。韧性防窜水泥浆体系在星探1井固井中得到成功应用,解决了固井层内油气窜通和后期压裂水泥石易开裂等难题。

渤海浅层大位移井固井水泥浆技术

渤海油田浅层大位移井垂深浅、水平位移大,存在地层孔隙压力和漏失压力之间“窗口”狭窄,地层易压漏、低温、大斜度段水泥浆沉降稳定性差,水泥石强度发展缓慢,容易发生气窜等难题,对固井水泥浆的综合性能要求较高,固井质量难以保证。针对上述问题,提出了新型双凝防漏水泥浆技术,领浆采用生物质混合材料,结合纳米液体减轻剂(W60L),形成了密度1.40~1.60 g/cm^(3)生物质-纳米低密度水泥浆体系。尾浆采用常规密度水泥浆体系,辅以纳米增强防窜剂(GS12S),形成了一套纳米防窜水泥浆体系。通过选择合适的双凝界面高度,精确控制环空水泥浆当量密度,同时加入适量液体纤维,提高了水泥浆防漏能力,前期应用效果良好,具有良好的推广应用前景。

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。

川西地区超深层小井眼短尾管悬挂固井技术

四川盆地川西北部红星潜伏构造目的层栖霞组埋深超7 000 m,HX1井是区域内第一口风险探井,该井最后一开次采用Ø139.7 mm钻头从井深7 678 m钻进至完钻井深7 779 m,井底井斜31°、温度160℃,下Ø114.3 mm尾管悬挂固井,裸眼段长仅101m,尾管重量轻、环空间隙小。固井施工面临超深短尾管倒扣丢手验证困难、水泥浆抗高温性能及顶替计量要求高等技术难题。为此,通过强化固井施工过程控制,应用加长型尾管悬挂器降低超深短尾管倒扣丢手验证难度,优化浆柱结构并采用抗高温水泥浆体系保障固井质量。该井Ø114.3 mm尾管固井施工顺利,固井质量合格率95%。该技术对超深小井眼短尾管悬挂固井具有借鉴价值。

胶凝过渡态水泥浆防气窜能力评价方法

环空气窜是多年来困扰固井工程界的技术难题之一。以水泥浆失重理论为基础,通过分析水泥浆有效液柱压力、内部结构阻力和地层流体压力三者间关系以确定验窜时机,结合连续采集水泥浆孔隙压力变化来判别气体是否克服水泥浆内部结构阻力而发生气窜,形成了一种可以直观考察处于胶凝过渡态水泥浆的防气窜能力评价新方法,以此方法研究了不同类型水泥浆的窜流情况,结果表明:①水泥净浆几乎无法抵抗气体侵入;②引入适量的降失水剂可轻微提高水泥浆基体的防气窜能力,但效果并不明显,仅能抵抗50 psi(0.344 MPa)的气窜压力;③防气窜水泥浆体系因防气窜剂的种类和加量变化,防气窜能力表现各异,通常能够抵御气窜压力范围为100~200 psi(0.689~1.379 MPa),部分防窜材料可以通过增大其加量达到提高防气窜能力的效果,但材料受自身特性影响,存在一定的气窜抵抗能力极限。该方法操作相对简便、实用性强、重复性较好,可横向对比评价不同类型防气窜水泥浆抵抗气体侵入的能力,为防气窜水泥浆体系设计优选提供有效参考。

防气窜与腐蚀水泥浆体系研究及应用

为满足二氧化碳驱油与封存井的固井技术需求,开发了一种防气窜与防腐蚀水泥浆体系,并进行了现场应用。通过对常规水泥浆体系的防气窜效果评价,验证了应用防气窜剂的必要性,分别基于膨胀实验、静胶凝强度实验、防二氧化碳腐蚀实验,对发气膨胀型和聚合物类两种防气窜剂进行了优选,并通过其他外加剂优选,构建了水泥浆体系。结果表明,两种防气窜剂的防气窜效果均较好,但在二氧化碳腐蚀后,发气膨胀型防气窜剂配制的水泥石强度衰减率达到了57.1%,是聚合物类防气窜剂体系的7倍。构建的防气窜与腐蚀水泥浆体系强度高、稳定性强、抗气窜和腐蚀能力强,大幅提升了应用井的固井质量和后期运行安全。该项技术的研发及成功应用为同类区块井的高效固井提供了借鉴。

胜利油田东部油区页岩油气水平井固井技术

胜利油田东部油区页岩油气使用水平井开采,针对高温高压长水平段固井所面临的现场下套管困难、环空界面胶结环境差、施工前井筒漏失、施工后气窜气侵等一系列技术难题,采用两亲冲洗隔离液、纤维膨胀和塑性胶乳防窜水泥浆体系以及相关配套技术措施共同组成了固井技术方案,解决了技术难题。室内实验评价结合现场施工应用,研究成果表明:①两亲冲洗隔离液可有效清除油基钻井液附着套管壁油膜和井壁含油滤饼,改善环空界面胶结环境,为固井质量提供前提保障;②塑性胶乳防窜水泥浆具有低失水、零游离液、沉降稳定性好、防窜性能好、水泥石抗压强度高和弹性模量低等性能优点,有效保证了长水平段固井界面胶结质量;③纤维膨胀水泥浆具有良好的堵漏防漏效果,在固井施工中可实现前期防漏,提高地层承压能力;④优化扶正器、漂浮顶替、环空压稳、辅助下套管等配套技术措施,使长水平段套管居中度得以保证,并解决了水泥浆在候凝失重过程中水平段油层无法压稳的难题;⑤将上述固井关键技术,现场应用于胜利油田东部油区4口页岩油气水平井,固井质量优,后期压裂开采效果好,为今后页岩油气水平井固井提供借鉴。

川中蓬莱气区超深短尾管悬挂固井技术

四川盆地川中蓬莱气区灯影组储层埋深超7000 m,PS1井是区域内一口风险探井,目的尾管段固井施工中存在的主要难点为:①裸眼段井径不规则,大肚子井段多,水泥浆量少,冲洗时间短,顶替效率难以保证;②井底温度163℃,气层离喇叭口近,水泥浆需具备抗高温防强度衰退、防气窜、强度发展快等性能;③尾管下入井深超7000 m,尾管段长422 m,重量较轻,倒扣丢手是否成功难以验证,对尾管悬挂器质量及操作要求高。针对存在难点,通过增加冲洗隔离液体积量、强化扶正器安放以提高套管居中度来保证顶替效率;采用加砂柔性防气窜水泥浆体系,并配合憋压候凝的方式,确保水泥浆压稳气层;尾管悬挂器中心管长度加长至2.8 m,降低超深短尾管倒扣丢手验证难度。该井采用∅127 mm尾管悬挂固井,施工顺利,固井质量一界面合格率95.33%,二界面合格率100%,该系列技术在后续2口井进行了推广应用,固井施工顺利,且固井质量良好,为类似超深活跃气层短尾管悬挂固井提供技术借鉴。

抗温防窜胶乳水泥浆体系的研制

陆东五彩湾地区油气井固井过程中气侵、气窜严重,而现有的防窜水泥浆体系防窜作用单一,很难满足固井要求。为解决这种问题,提出用胶乳水泥浆体系来防窜。通过实验,从应用广泛的固井胶乳中优选出性能优良的胶乳,为进一步加强其防窜和降失水性能,使其与高性能降失水剂复合,添加适量外加剂,形成新型防气窜胶乳水泥浆体系;进而研究了不同温度条件下胶乳水泥浆体系对稠化时间、流变性、降失水、抗压强度的影响。结果表明:该胶乳水泥浆体系具有较强的抗温防窜性能,能完全满足该地区的固井要求。

高温防气窜胶乳水泥浆的室内研究

为满足高温井固井对防气窜水泥的特殊要求,研制出了一种高温防气窜胶乳水泥浆体系。胶乳由苯乙烯(St)、丁二烯(Bd)、聚乙烯醇等制备而成,具有稳定性好的特点。介绍了胶乳的制备条件,室内评价并分析了胶乳的高温降失水性能、耐温性能以及胶乳水泥石的性能。利用美国CHANDLER公司7150型气窜模拟分析仪研究了胶乳水泥浆的防气窜性能。通过用X′Pert Pro X射线衍射仪分析水泥石受不同腐蚀介质腐蚀后的组分变化,研究了胶乳水泥浆的耐腐蚀性能。

胶乳水泥浆的防气窜性能评价及应用

介绍了一种新型水泥浆防气窜评价方法,并采用该方法分别对胶乳水泥浆与未加胶乳水泥浆进行了防气窜性能评价,对水泥浆进行了失水量、静胶凝强度及气窜评价实验,结果表明,胶乳水泥浆具有良好的防气窜性能。将胶乳水泥浆在四川龙岗62井进行了现场应用,固井效果良好,未发生气窜,与室内气窜性能评价实验结果一致。

楚28平1井固井技术

楚28平1井原设计为水平井,由于地层原因提前完钻,成为大斜度定向井。完钻井深为2990 m,最大井斜角为85.01°,井底水平位移为390.33 m。针对大斜度定向井固井的难点,优选了G级水泥加入10%微硅作为基础材料,再加入适量的降失水剂、减阻剂、早强剂和膨胀剂等组成水泥浆体系。该水泥浆体系失水量小于50mL,游离液为0,水泥浆的密度差甚微,稳定性能好,且稠化过渡时间短,防窜性能优良。同时,在施工过程中,优化了钻井液性能,提高了套管居中度,采用驱油型冲洗液和套管漂浮等技术,提高了水泥浆的顶替效率和水泥环的封隔效果,保证了大斜度井的固井质量。

水泥浆失重建模以及实验研究

从水泥浆失重现象的力学本质出发,对环空中的水泥浆进行了受力分析,建立了水泥浆失重的力学模型,得出水泥浆的失重速率主要与水泥浆接触的环空壁面面积以及水泥浆胶凝速度有关。建立了水泥浆失重模拟实验装置,进行了多种间隙、井斜角以及偏心度条件下水泥浆的失重实验,得到的环空间隙、井斜角以及偏心度对水泥浆失重速率的影响规律与模型中得到的规律相同,即当水泥浆完全充满环空时,水泥浆的失重速率随着环空壁面接触面积的增大而增大,随着偏心度的增大而增大,随着井斜角的增大,先增大后减小,在井斜角为45°时失重速率最大。

顺南井区高温高压防气窜尾管固井技术

顺南井区井温超高,地层压力系统复杂,气层异常活跃,防气窜固井难度大,导致固井质量不合格。为解决气体窜通和水泥石高温强度衰退的难题,开展高温高压防气窜固井优化研究。通过优化外加剂,得到了新型胶乳液硅防气窜水泥浆体系。研究结果表明,用粒径为0.18、0.125或0.09 mm的硅砂复配,能够克服178℃下水泥石高温强度衰退的难题;胶乳水泥浆体系加入液硅后,防气窜能力增大;加入纤维可以使水泥石弹性模量降低48%,抗冲击性好;水泥浆呈直角稠化,具有较好的防气窜能力。优化前置液结构,使用加重隔离液技术实现低速紊流顶替。为防止水泥浆失重导致气层不稳,替浆后反循环洗井并尽快进行环空憋压,实现以快治窜。同时,配套抗高温气密封固井工具与附件,以保证防气窜固井质量。顺南井区φ177.8 mm尾管防气窜固井质量得到良好改善,为该工区高温高压防气窜固井提供重要的技术支撑。

耐盐胶乳水泥浆体系的室内研究

胶乳水泥浆体系已广泛应用于大位移井、分支井、大斜度井、调整井和小井眼井等疑难井的固井,用以提高水泥浆的防气窜和控制失水能力,同时改善水泥石的胶结性能、韧性和防腐蚀能力。但是,由于盐的存在会使胶乳双电层的zeta电位降低,从而破坏胶乳的稳定性,导致胶乳在盐水中发生絮凝,因而限制了其在含盐岩层(盐层、盐膏层、盐水层)和水敏地层等复杂井的使用。针对这一难题,实验室研发并在国内首报了一种耐盐胶乳水泥浆体系,采用动态光散射、Zeta电位仪、差示扫描热分析仪以及热重分析仪对其粒径、稳定性、玻璃化温度以及热稳定性进行了分析描述;还开发了配套的耐盐缓凝剂以及降失水剂,并研究了盐含量为15%BWOW时耐盐胶乳水泥浆体系的性能。对该耐盐胶乳水泥浆体系性能的研究结果表明:①能耐饱和氯化钙溶液、饱和盐水以及耐250℃高温;②具有流变性好、失水量小、防气窜等优点;③可满足含盐岩层井和含水敏地层井固井要求。