油井水泥用纤维增韧剂的室内研究

针对油井水泥石脆性大,抗拉强度低,抗冲击、抗破裂性能差等问题,依据纤维增韧机理及实际工程应用需求,优选了一种高模量、高强度、分散性好的微米级无机纤维对其进行增韧改性。考察了该纤维材料在不同掺量、不同龄期条件下对油井水泥石力学性能的影响。实验结果表明:该纤维材料对油井水泥石具有较好的增韧效果。当该纤维材料的掺量为5%时,80℃养护7 d条件下,相较于空白试样而言,其抗拉强度提高了17.14%,抗压强度提高了2.06%,弹性模量下降了16.90%,抗冲击功提高了17.29%。

紧密堆积优化固井水泥浆体系堆积密实度

紧密堆积技术是高性能固井水泥浆体系设计关键技术,对提高固井水泥浆性能具有重要意义,其核心是提高颗粒体系的堆积密实度。为此,选用可压缩堆积模型作为紧密堆积理论模型,确定了模型参数和数值计算方法,编制了堆积密实度计算程序并对计算结果进行了验证;通过计算多元颗粒体系的堆积密实度,对影响颗粒体系堆积密实度的因素进行了分析,并进行了水泥浆设计和性能试验。研究结果表明,适当增加超细颗粒组分、合理优化粒径分布区间、提高颗粒体系的大小颗粒平均粒径比可以有效提高堆积密度,相比三元体系,含有纳米材料的五元体系可达到颗粒体系的最紧密堆积,水泥浆性能更好。利用紧密堆积模型指导油井水泥体系干混配比设计具有可行性。

微交联AMPS共聚物油井水泥防气窜剂的室内研究

以AMPS、AM、N,N＇-二甲基丙烯酰胺（NNDMA）为主要共聚单体、N,N＇-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,合成了具有微交联结构的AMPS多元共聚物防气窜剂,分别利用红外光谱和热失重分析仪对其进行了结构和热稳定性表征,对共聚物在水泥浆中的性能进行了综合评价.实验结果表明,该共聚物具有良好的滤失控制性能,加量为0.5％时就可以把失水量控制在50 mL左右;该共聚物有较明显的增黏和提切作用,配制的水泥浆具有一定的触变性能,稠化实验及静胶凝强度实验过渡时间短,可控制在10～ 20 min之内,防气窜性能较好,在2.1 MPa的验窜压差下不发生气窜.

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。

多尺度纤维韧性水泥浆体系研究与应用

针对油井水泥石脆性大、抗拉强度低、抗冲击和抗破裂性能差等问题,优选了3种不同尺度的无机纤维,并通过正交试验进行复配,形成了多尺度纤维增韧剂BCE-230S。考察了BCE-230S加量对水泥浆性能及对应水泥石力学性能的影响,确定了其最佳加量,形成了多尺度纤维韧性水泥浆体系。性能评价试验结果显示,与普通水泥石相比,多尺度纤维韧性水泥石的劈裂抗拉强度、抗压强度及抗冲击功显著提高,杨氏模量显著下降,且水泥浆性能良好。多尺度纤维韧性水泥浆体系在冀东油田低渗透油藏应用了10余井次,2个胶结面的胶结质量较邻井显著提高,后期压裂顺利,试油未见层间窜流。研究结果表明,多尺度纤维韧性水泥浆体系能够解决油井水泥石易脆裂的问题,可以保障井筒密封完整性和固井长期封固质量,具有广泛的应用前景。

一种低成本低密度水泥浆体系的室内研究

开发低成本固井水泥浆体系对于油气勘探低成本战略具有重要意义。文章开发了一种新型低成本低密度减轻材料,按照紧密堆积原理,辅以其它外掺料,研制了一种新型复合减轻增强材料,配制出密度为1.35~1.50 g/cm^3的低成本低密度水泥浆体系,并对水泥浆性能进行了实验评价。评价结果表明,该体系水泥浆具有浆体稳定、失水低、流变性好、稠化性能满足施工要求、水泥石早期强度较高等优点,70℃条件下,低密度水泥石24 h抗压强度大于9 MPa,48 h强度可达14 MPa以上。与漂珠低密度水泥浆相比,该水泥浆成本降低约40%,经济效益显著。该水泥浆体系性能满足非目的层技术套管固井施工要求,具有良好的应用前景。