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。

时效温度对Fe-30Mn-12Al-0.9C轻质高强钢组织和硬度的影响

针对高Al、高Mn含量的轻质高强钢Fe-30Mn-12Al-0.9C,研究了时效温度对该钢相组成、组织和硬度的影响,通过OM、XRD等分析了不同时效温度下其微观组织的演变规律。结果表明:在低温时效时,该钢的时效组织和固溶组织差异较小,主要为奥氏体+铁素体,晶内存在纳米级别κ-碳化物,硬度变化幅度较小;500℃时效时,组织中出现β-Mn,硬度开始升高;当时效温度为650℃时,组织发生明显改变,晶界出现大量β-Mn,硬度明显升高;当时效温度达到700℃时,奥氏体彻底分解为铁素体和κ-碳化物,伴随着晶界处β-Mn和κ-碳化物的聚集长大,材料的硬度达到最大值66.3 HRC。

疏松砂岩多层气藏钻井难点及优化对策

涩北气田是典型的疏松砂岩气藏,具有纵向气层多、储层疏松非均质性强、敏感性矿物多等地质特征。利用大量的气藏地质、动态监测和钻录测资料,剖析钻井施工中存在的问题和技术难点,开展优化对策研究。结果表明:1)储层疏松、薄互层多、矿化度高和开发后期纵向压力系统紊乱是影响优快钻井施工的主要因素;2)针对钻井施工中井控风险大、井身结构确定困难的问题,通过优化研究确定了不同气藏、不同深度、不同部位井的井身结构;3)针对比较突出的井漏问题,研发适宜的低伤害、能有效抑制黏土膨胀的MEG (甲基葡萄糖苷)钻井液体系;4)针对固井质量难以保证的问题,采用纳米基低密度水泥浆、工艺改进和精细施工等措施得以解决。认为,优化技术对策应用效果明显,解决了钻井技术难点,实现了疏松砂岩多层气藏快速安全钻井。

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。

超低密度水泥浆固井质量改进方法研究

随着油气田勘探和开发的不断深入,对于一些极低压力地层条件,有时低密度水泥浆也无法满足安全固井施工的需求,只能采用超低密度水泥浆解决平衡压力固井问题。由于现有低密度固井质量评价标准不能客观准确地反映超低密度水泥浆的真实胶结质量,因此,对超低密度水泥浆在不同养护条件下的水泥石的声学特性、力学参数等进行了实验检测,分析了影响超低密度水泥石力学及声学特性的因素及规律。研究结果表明:密度、温度、养护时间均会对超低密度水泥石的声速和抗压强度发展产生影响,其中,温度对水泥石早期影响较大,后期影响小;水泥石密度越高,声阻抗与抗压强度越高,声阻抗与弹性模量存在线性关系,与抗压强度呈指数关系;建立了超低密度水泥浆固井套管波相对声幅计算公式,研究结果为制定超低密度水泥浆固井质量评价指标提供了基础。

轻钢骨架水泥粉煤灰发泡墙板的抗震性能

针对轻钢轻混凝土组合墙板抗震性能的研究相对缺乏,同时为研究不同填料对轻钢骨架水泥粉煤灰发泡墙板抗震性能的影响规律,设计了3个不同填料的墙板进行低周往复水平荷载试验,探究了不同填料对墙板的抗震性能的影响。结果表明:不同填料配比墙板的破坏模式大致相同,墙板的整体性和抗震性能较好;在轻钢骨架水泥粉煤灰发泡墙板中掺入聚丙烯纤维和增加水泥用量可以有效地提高墙体的抗震性能和抗侧刚度,增强墙体的承载力和延性,同时还可以明显提高墙体的变形能力以及耗能能力。与对照组相比,掺加0.4%聚丙烯纤维或增加水泥用量至50.0%的墙板受剪承载力均提高了约54.0%,抗侧刚度分别提高了26.0%和15.0%,累计耗能分别提高了172.0%和86.0%。

抗高温低密度水泥浆体系研究与应用

为解决低密度水泥浆高温强度低、减轻材料承压能力不高、低密度水泥浆配浆困难等难题,研制了低密度增强材料DRA-2S、优选了耐压105 MPa的高性能空心玻璃微珠、聚羧酸分散剂DRS-2S及其他配套抗高温水泥外加剂,开发了抗高温低密度固井水泥浆体系。研究结果表明,该水泥浆能够满足循环温度150℃、井底静止温度180℃、耐压105 MPa的固井要求,顶部127℃静胶凝13.3 h起强度,24 h抗压强度12.4 MPa。开发的抗高温低密度水泥浆在西南油气田高温探井ZJ2井Ф127 mm尾管固井成功应用,固井质量合格率96.7%,为西南油气田高温易漏失复杂深井勘探开发提供了固井技术支撑。

干热岩超高温防衰退水泥浆体系及应用

干热岩长期高温导致水泥石强度衰退,易造成套管挤毁或窜流,严重影响钻井的安全。针对200℃以上常规加砂水泥石强度衰退难题,基于硅铝键结合增强效应,通过优化水泥物相组成,开发了超高温增强材料SCKL,可以满足210~300℃下固井要求,不仅抑制了水泥石强度衰退,且促进了水泥石强度长期发育,300℃、48 h的抗压强度为18.2 MPa,30 d抗压强度高达23.2 MPa,探索了超高温增强材料对水泥石微观结构的影响,揭示了超高温水泥石微观作用机制。研选了温度广谱型缓凝剂,开发了大温差防衰退水泥浆体系,可以满足干热岩100℃温差下安全固井需求,并在青海共和盆地成功应用5口井,固井质量均为优质,为干热岩井筒水泥环密封完整性提供了安全保障。

矿物掺合料对FHPC性能影响及其尺寸效应研究

为提高纤维高强混凝土(FHPC)的性能,探究了硅灰、I级粉煤灰和S95矿渣粉在不同掺量和掺加方式下对FHPC力学性能及尺寸效应的影响。结果表明单掺矿物掺料中,S95矿渣粉对提高FHPC抗压强度和抗折强度效果最好,硅灰次之,I级粉煤灰效果最弱。当I级粉煤灰与S95矿渣粉以1:2复掺时,FHPC的抗压强度显著提高;硅灰与S95矿渣粉以1:1复掺时,FHPC的抗折强度提升效果最好。同时加入3种掺合料,保持硅灰掺量不变的情况下,I级粉煤灰与S95矿渣粉以1:1复掺,可以显著提高FHPC的力学性能。此外,低水胶比下FHPC的抗压抗折强度尺寸效应更为显著,但随着水胶比的增加,FHPC的抗压抗折强度尺寸效应逐渐减弱。

高强充填添加剂作用下充填体强度演化规律研究

目的:为了降低矿山充填运营成本,针对采用上向水平分层充填法进行开采作业的某金矿,开展充填外加剂降本研究。方法:进行了矿山全尾砂室内材料试验研究,研发了针对于矿山尾砂的X601、XN603、204三种高强充填添加剂,并开展了充填体强度配比试验。结果:1)针对矿山尾砂研发的三种高强充填添加剂均能改善充填料浆流动性、调节料浆流变性,使充填改性料浆长时间保持稳定性、抗分层离析的时间延长泌水量大大减少,有促分散、促流动以及固化增强作用。2)在灰砂比1∶6时,添加剂X601可以使充填体3 d强度提高25%左右,7 d强度提高30%左右,28 d强度提高20%左右;添加剂XN603可以使7 d强度提高20%左右,28 d强度提高20%左右。添加剂204可以使充填体3 d强度提高25%左右,7 d强度提高10%左右,28 d强度提高10%左右。结论:研发的三种外加剂中,X601添加剂为最优添加剂,能够降低20%水泥添加量,为矿山低成本充填提供技术支撑。

低热微膨胀水泥制备高强砂浆研究

低热微膨胀水泥(LHEC)具有低水化热和微膨胀等特性,也是一种低碳型水泥。分别以低热微膨胀水泥和矿渣硅酸盐水泥(PS)制备高强砂浆,设置20、45、70℃三种水养护条件,比较研究了2种水泥砂浆在不同水养护温度下的强度和膨胀率,并结合XRD和SEM分析,对相关机制进行了探讨。结果表明:LHEC高强砂浆与PS高强砂浆相比,具有更高的抗折强度、折压比和膨胀率;前者抗折、抗压强度和膨胀率在45℃时最高,而后者抗折、抗压强度在70℃时最高,膨胀率随温度变化不明显。其原因为LHEC高强砂浆中引入了较多的钙矾石相(AFt),水养护温度促进了矿渣的水化及AFt形成,但过高的水养护温度会使AFt向单硫型水化硫铝酸钙相(AFm)转变。

水不分散材料对水泥浆抗水侵性能影响

川渝地区页岩气储层嘉陵江组裂缝性地层发育、地层水活跃,在钻井过程中出现较为突出的漏失问题,对钻井周期产生很大影响,制约了页岩气井的安全高效开采。针对页岩气井出现的漏失问题,对水不分散水泥浆体系进行研究,对5种多糖类聚合物和有机聚合物材料进行水不分散性能评价,优选出关键材料种类及配比,形成适用于含水漏失层封堵的低密度水不分散水泥浆体系,结合平衡压力堵漏工艺,保证水泥浆注替至漏失层后不被地层水冲散,实现漏失地层的有效封堵,为后续施工创造了条件。低密度水不分散水泥浆体系在川渝地区Z203H6-X页岩气漏失井中成功应用,地层承压当量密度由0.99 g/cm^(3)提高到1.21 g/cm^(3),后续结合堵漏浆强化堵漏,地层承压当量密度提升至1.81 g/cm^(3),为川渝地区页岩气井含水裂缝型地层漏失问题提供了一种技术手段。

高密度水泥浆固井胶结面密封性评价研究

针对高温高密度油井水泥浆体系固井胶结面密封性能评价问题,本次研究首从实验仪器、实验原理、实验材料以及实验步骤出发,开展高温高密度水泥浆体系实验研究,并从膨胀剂加量、环空补偿压力以及养护温度出发,开展高温高密度水泥浆体系固井胶结面密封性能评价分析。结果表明:水泥浆的体积膨胀与固井表面初始应力的变化是一致的。它可以作为评价水泥表面密封性能的关键指标之一。环空补偿压力、水泥养护温度和膨胀剂的添加是水泥浆体系体积膨胀性的三个主要控制因素;随着补偿压力、固化温度和膨胀剂用量的增加,胶凝表面的密封能增加、力量增加。研究结果为优化水泥浆体系和固井施工技术提供了理论依据。

低摩阻水泥浆在长庆气田桃2区块长水平段固井中的应用

普通的减轻材料配制的低密度水泥浆体系存在耐压能力差等缺陷,经井底高压后实际密度有所增加,减轻效果变差。对苏里格区域水平段固井分析,发现常用的轻珠体系施工摩阻明显要高于粉煤灰体系。经评价筛选,调配出以次纳米硅为主要减轻材料,密度1.40 g/cm^(3)的低摩阻水泥浆体系,该体系经高压后密度增加值≤0.04 g/cm^(3),体系稳定,范宁摩阻系数小。在长庆气田桃2-H井3931 m的长水平段固井中使用,有效控制施工起压值18 MPa,在裸眼段增加的情况下,实际施工压力下降5~6 MPa,理论摩阻压力和实际接近,固井质量合格,为长水平段固井施工提供参考基础。

YL型有机缓凝剂的制备及其应用

油气井漏失是钻井中常见的问题,解决这种问题最常见的方法是利用水泥进行封堵。然而,普通水泥自重大易导致堵漏失败,低密度水泥由此在堵漏中得到了快速推广。应用中认识到低密度水泥与缓凝剂的适配性尤为重要,缓凝剂会严重影响水泥性能。针对上述问题,制备了一种低密度水泥用缓凝剂。红外和热重结果表明,缓凝剂的制备达到了理想效果,抗温性能为450℃。高温高压稠化仪测试结果显示,在120℃、68 MPa条件下,0.4%缓凝剂的缓凝时间为225 min,具备良好的缓凝效果。通过使用六速粘度计、稠化仪和无侧限抗压仪,研究了缓凝剂对低密度水泥浆液常规性能的影响,实验结果证实,不同浓度的缓凝剂对水泥的流变性和抗压强度不产生显著影响,温度的升高会缩短水泥浆液的稠化时间。制备的缓凝剂与低密度水泥一同进行了现场应用,结果证明,该缓凝剂效果优异,满足现场施工需求,值得进一步推广。

压缩空气储能井大尺寸套管固井技术研究与应用

压缩空气储能是实施规模化电力存储的关键技术之一。压缩空气储能注采井(以下简称“注采井”)普遍具有“地层温度低、井眼及套管尺寸大、固井长期封隔质量要求高”等特点。通过开展低温高活性水泥浆体系关键材料研究,优选出了高性能早强材料DRA-1L、膨胀增韧材料DRE-3S,形成了适用于注采井固井的盐水型低温高活性水泥浆体系1套,工程性能良好,低温30℃以下起强度时间小于10 h,24 h抗压强度大于14 MPa,强度发展快,最终强度高,结合大尺寸套管固井针对性技术对策,解决了大尺寸注采井固井顶替效率不高、水泥石低温强度发展慢、抗压强度低等问题。该项技术成功应用于湖北云应盆地压缩空气储能项目注采井表层套管及生产套管固井,固井质量合格率100%,优质率大于95%,保障了该项目的顺利实施,同时对低温大尺寸井眼条件下固井质量的提升具有良好的借鉴意义。

云南某铅锌矿区复杂地层钻探施工技术应用研究

云南某铅锌矿区地质条件复杂,岩石松散破碎,泥岩、页岩及煤系层发育,钻探施工中存在孔壁垮塌、缩径、卡钻、埋钻和成孔难度大、岩心采取率低等难题,施工进度慢,效率低。结合矿区复杂地层特点,通过采用金刚石底喷钻头、跟管钻进技术、高密度低失水泥浆等一系列钻探技术措施,应用绳索取心液动锤钻进技术,有效减少了孔内事故的发生,平均四次进尺提高22.97%,为项目的安全、高效和优质完提供了坚实的技术保障,为类似复杂地层的施工积累了经验。

高密度水泥浆技术研究进展

随着油气田开发程度的提高,需要钻探的深井超深井越来越多,各个油田也经常遇到异常高压气层和高压盐水层,使用高性能高密度水泥浆体系可以平衡地层压力,保证作业安全和质量。本文分析了研发高性能高密度水泥浆面临的关键问题,介绍了高密度水泥浆关键技术研究进展,探讨了高密度水泥浆技术发展方向。

耐高温低密度防CO_(2)腐蚀水泥浆体系研究

为研究适用于低压易漏地层且含CO_(2)腐蚀气体油气井固井水泥浆体系,制备了低密度防腐剂C-JX52,并构建了耐高温低密度防CO_(2)防腐蚀水泥浆体系,对水泥浆体系性能进行的评价实验结果表明:该低密度防腐蚀水泥浆流变性、失水和稠化时间满足现场施工要求,其24 h抗压强度大于14 MPa,在150℃、CO_(2)分压20 MPa条件下,30 d腐蚀深度在2 mm以下,抗压强度衰退率小于15%,渗透率增大率小于25%。

超活性水泥在高早强砂浆中的应用技术研究

以超活性水泥技术为基础,研究超活性水泥与硅酸盐水泥复合、砂子级配及养护方式对高早强砂浆力学性能的影响,并对超活性水泥的作用机理进行了研究。结果表明,硅酸盐水泥和超活性水泥复合比例为37∶10时,砂浆2 h抗压强度大于15 MPa,最高达21.8 MPa,28 d抗压强度达80 MPa;在5℃和室外(-6℃)条件下砂浆的3 h抗压强度接近,但24 h抗压强度差异明显,5℃养护条件下的试件强度比室外(﹣6℃)养护的试件大8 MPa;ISO砂的砂子级配更好,可进一步提高砂浆各龄期抗压强度。对其机理进行分析,是因为超活性水泥容易溶解且溶解更快。