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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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%。

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。

基于流变特性试验的充填料浆优化配比研究

针对安庆铜矿充填料浆的流变参数和影响规律,为了提升管道输送效率,保障矿山安全高效生产,主要开展了不同浓度充填料浆剪切流变特性试验研究。根据尾砂的粒度分布和料浆流动性要求,实验室设计了不同配比充填料浆的流变性试验、流动性试验,探究充填料浆质量浓度、灰砂比等因素对充填料浆流变特性的影响规律,测定不同充填料浆的剪切应力、黏性系数等参数。试验结果表明,较高的砂灰比和料浆浓度,流动性更好,74%为充填料浆的上限浓度。因此,浓度74%、砂灰比8是安庆铜矿充填料浆的最优参数。

基于前馈解耦的固井水泥浆密度控制仿真研究

由于固井水泥浆液位控制和密度控制系统存在大惯性、长时滞和强耦合等问题,传统的PID控制方法难以取得良好的控制效果。提出了一种基于前馈解耦的液位和密度控制策略。首先依据流量守恒和质量守恒原理,采用机理建模法构建了固井水泥混浆系统的数学模型;然后利用数学模型计算水泥混浆系统在稳态工作点的相对增益矩阵,得到了液位密度控制过程的最佳变量配对方式和耦合程度,进一步设计了水泥浆液位和密度控制的前馈解耦控制器;最后基于Matlab/Simulink软件对PID控制和PID前馈解耦控制方法进行了仿真模拟。结果表明:相较于传统PID方法,PID前馈解耦方法能有效补偿液位控制与密度控制的耦合作用,液位控制的超调量减少了26.1%,调节时间从123.503 s减少到32.090 s,密度控制调节时间从62.620 s减少到20.542 s。前馈解耦控制器能较好地提高系统稳定性和缩短响应时间,改善系统控制性能,对于提升固井作业质量和效率具有重要意义。

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。

固井连续混浆自动控制系统开发及应用测试

针对我国固井作业自动化水平不高、控制软件缺乏,以及国外同类先进技术严格封锁的现状,设计开发了适应我国面向“一键式”全自动固井作业的连续混浆控制系统,并在模拟实际固井作业工况下进行了应用测试。该系统由涵盖11个阶段的固井作业全流程、混浆密度/料位协调和包括5个阶段的自动清洗控制等子控制系统构成,实现了作业设备运行参数的实时采集全覆盖,并在统一的信息平台上实现供液、供灰、混浆和泵注等多设备的集成管理与控制。应用测试结果表明,所开发的控制系统能够显著提高固井装备自动化能力和精准连续施工水平,混浆密度的超调量和调节时间分别小于0.5%和68 s,水泥浆密度控制偏差≤±0.01 g/cm^(3)。所得结论可为固井作业工艺和操作的智能化提供理论参考。

高活性低密度水泥浆及其强度形成机理研究

为了解决井底高温高压下空心轻质颗粒破碎造成低密度水泥浆流变性恶化摩阻升高、密度上升,固井漏失风险增加的问题,利用高活性实心复合减轻材料和配套激活剂,开发了恒密度、具有二次水化特征的高活性低密度水泥浆体系。文章利用水化热分析仪、X射线衍射仪、热重分析仪和扫描电子显微镜等,研究了高活性低密度水泥浆体系的早期水化反应、水化产物化学结构、微观结构和抗压强度发展规律。结果表明:高温高压下高活性低密度水泥浆具有恒密度、恒流变的特点。在高活性低密度水泥浆中,硅酸盐水泥水化产生的碱性水化产物和水化热可激活复合减轻材料,使该水泥浆早期水化过程中具有二次水化特征,形成“双放热峰”,增加水泥浆的水化热和水化产物含量。高活性低密度水泥浆水化反应消耗Ca(OH)_(2),形成大量钙矾石和C-(A)-S-H,增加该水泥石的水化产物含量、固相体积分数和微观结构致密度。与釉化珍珠岩低密度水泥石相比,水化28 d高活性低密度水泥石的抗压强度提高了16.7%,其耐久性良好。

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。

富满油田长封固段低摩阻超低密度水泥浆固井技术

为解决塔里木富满油田二开固井裸眼段长、漏失压力低,1.35 kg/L水泥浆固井一次上返成功率低,且水泥浆流变性和稳定性差、早期强度发展慢等技术难题。依据紧密堆积设计理论,通过研究低密度水泥浆用增强剂、优选耐压减轻材料、优化低黏降滤失剂和高效梳型聚羧酸减阻剂等配套外加剂的加量,研制了密度为1.20 kg/L的低摩阻超低密度水泥浆,该水泥浆沉降稳定性低于0.02 kg/L,K≤0.5 Pa·s^(n),n≥0.8;24 h底部抗压强度大于7.5 MPa,较传统低密度水泥浆抗压强度提高50%以上,满足长封固段、高温高压、易漏失井固井对水泥浆性能的要求。低摩阻超低密度水泥浆在富满油田应用了3井次,效果良好,平均固井质量合格率88.0%。研究及现场应用表明,低摩阻超低密度水泥浆可以为富满油田安全高效开发提供支持。

基于二维螺旋周向涡流的破碎性油气层固井新技术

固井质量直接影响油气产量,优良的顶替效率是保证固井质量的先决条件。针对破碎性窄密度窗口地层固井存在大排量顶替易漏、小排量顶替效率低的技术难题,提出了螺旋顶替提高破碎性窄密度窗口固井质量的理念,用水平集法构建了水泥浆顶替前置液的追踪顶替界面数学模型,以典型固井工况参数为例,通过数值模拟方法研究了周向速度对顶替界面、顶替效率和接触时间的影响,形成了裸眼段二维螺旋(螺旋刚性扶正器)顶替固井技术。研究结果表明:①二维螺旋顶替时,顶替界面受周向速度的影响,“凸进”现象减缓,顶替界面较稳定,水泥浆接触地层时间延长,顶替效率提高;②相对于一维轴向顶替,二维螺旋顶替在原轴向波及范围内,增加了水泥浆周向波及,有助于将不规则井段内的被顶替液“旋出”,缩小滞留区,提高水泥浆胶结环境,驱净效果明显。结论认为,该技术在伊拉克米桑油气田现场应用,固井质量优质率从40%提升到60%,二维螺旋顶替固井技术稳定顶替界面和提高井壁驱净效果,二维螺旋周向波及顶替机理为解决破碎性窄密度窗口地层固井顶替的技术难题及研发螺旋注水泥工具提供理论支撑。