纳米二氧化硅在固井水泥浆中的应用研究进展

近年来,纳米二氧化硅由于其本身超高的比表面积及与水泥的火山灰反应,在石油天然气工业中引起了广泛的关注。本文系统梳理了纳米二氧化硅在固井水泥浆中的研究现状,着重介绍了纳米二氧化硅对固井水泥浆的失水量和稠化时间、对水泥石的力学性能和微观结构的影响,总结了NS在高温条件下的性能表现,探讨了纳米二氧化硅在固井水泥浆的应用中存在的问题、面临的挑战以及未来的发展方向,以期对纳米二氧化硅在固井领域的 应用和发展有所帮助。     

固井水泥浆主要性能模糊评价方法研究

根据不同模糊数学隶属函数分布曲线的形状和走向,分别选取适合描述水泥浆稠化时间、流性指数、API滤失量、抗压强度和析水性能的模糊分布,以实际固井的水泥浆实测性能综合评分与实际固井质量评分对比,优选了相关隶属函数的参数。以5口井的实际固井为例,验证了评价方法的可靠性,所得到的评价结果与现场固井胶结质量的平均拟合误差由文献\[4\]中的±12.26%减小到±3.34%。证明本研究所确定的评价方法可作为水泥浆体系及外加剂的优选方法,合理确定固井质量。     

岩盐井水泥固井工艺

岩盐井水泥固井工艺甘肃省地矿局第一水文地质工程地质队杨志刚我队在甘肃省漳县盐井矿区的施工中，在无专门水泥固井设备的情况下，利用自己设计加工的一套固井水泥搅拌及灌注设施共施工岩盐井５个，获得了较好的效果。１岩盐井设计要求岩盐井设计最深为４００ｍ，最浅为...     

粉煤灰——漂珠复合低密度水泥浆固井试验与应用

针对吴起地区固井中一些低压地层由于破裂压力低,不能承受常规水泥浆液柱压力,出现固井水泥浆漏失、水泥返高达不到设计要求的问题,开展了低密度水泥浆体系研究。通过室内试验,对减轻材料粉煤灰、漂珠及二者复合体系进行了较系统的研究,确定了适合的配方。研究选用增稳剂ZW 加入低密度体系,提高了低密度水泥的强度。实验结果及现场实践表明: 用减轻材料配制低密度水泥浆及降低水泥浆液柱压力,是确保低压易漏地层固井水泥浆返高的有效途径,对提高固井质量和延长油井寿命都将起到积极作用。     

延长油田西部区域水平井固井水泥浆体系优化技术

分析了目前延长油田西部区域固井现状及造成固井质量差的原因,据此提出了适合延长油田西部地区水平井固井水泥浆性能的要求,优选出了适合该地区水平井固井的水泥浆体系。该水泥浆体系具有低滤失、零自由液、高沉降稳定性、好流变性,有利于提高浆液顶替效率。形成的水泥石具有不收缩、微膨胀、早强的特点,满足水平井射孔、后期压裂改造等工程施工的要求。最终形成了一整套适合延长油田西部地区水平井固井的水泥浆体系。     

水合物地层低热固井水泥浆用相变微胶囊的制备及应用

当深海固井遇到天然气水合物地层时,由于水泥浆水化放热,导致水合物的相变平衡条件发生改变,诱发水合物分解,引起二界面胶结质量下降等问题。为提高水合物地层固井质量,可向水泥浆中添加具有吸热控温作用的相变微胶囊,可有效降低固井水泥浆的水化升温。基于此,以配比石蜡为控温芯材、碳酸钙为壁材,利用自组装法制备了一种使用于深水水合物地层固井水泥浆控温微胶囊。由于固井水泥浆在达到水合物地层的过程中,外界温度环境复杂,单一相变温度的控温芯材极易失效。为扩展控温区间,选用切片石蜡与白油作为混合芯材,控温区间达到14.8~39.8 ℃。研究表明,该微胶囊表观形态良好、彼此无团聚,在热循环过程中,不易发生泄漏。与水泥浆复配后,对水泥浆流变性能无明显影响。在低掺加量时,微胶囊主要起降低水泥浆峰值温度的效果,并提升水泥石整体力学强度;高掺加量时,微胶囊既可以有效降低水泥浆峰值温度,也可以明显地延缓水泥浆放热速率。     

煤层气泡沫水泥浆固井工艺技术及现场应用

针对沁水盆地南部煤层气井储层压力低、易漏失、易坍塌的特点,开发了超低密度泡沫水泥浆体系及暂堵型前置液体系,并形成了泡沫水泥浆固井技术。泡沫水泥浆体系密度为1.10~1.20 g/cm³,具有良好的流动性能、无游离液、沉降稳定性好、API失水量小于50 mL/30 min、稠化时间合理、水泥石强度高等优点;暂堵型前置液体系具有良好的流变性能,对3号煤层具有良好的堵漏能力。根据钻井过程中出现的漏失情况、完钻后的钻井液返出情况及井壁稳定情况,从固井浆体的用量、顶替液的顶替排量等方面总结了泡沫水泥浆固井的配套工艺措施。在沁水盆地南部现场试验了4口井,取得了较好的效果。     

金坛盐田防止水泥浆漏失的固井工艺

采卤井固井时发生水泥浆漏失是一新问题。以江苏金坛盐矿区为例,提出了采用低比重特种水泥浆固井的新工艺及其他技术措施,实践证明工艺可。     

基于紧密堆积理论的低密度固井水泥浆设计

合理的颗粒级配是提高固井水泥环内部密实度、早期力学强度和界面胶结能力的关键。基于此,本文从几种典型的连续颗粒级配的紧密堆积理论中优选出DFE进行固井水泥浆体系设计,并通过大量实验首次确定了适宜G级油井水泥基深水固井水泥浆体系设计的n值最优范围：0.33~0.40。结合激光粒度分析仪实测结果,在粒径≤3.38 μm、3.38~70.70 μm、≥70.70 μm三个范围内依次采用纳米CaCO₃（nano CaCO₃,以下简称“NC”）、G级油井水泥和漂珠,并按DFE（n=0.33~0.40）体积分布曲线进行混配。在此基础上,提出一种密度为1.50 g/cm³的低成本低温早强三元固相级配水泥浆体系,并与漂珠二元固相水泥浆体系和NC二元固相水泥浆体系的性能进行对比。研究结果表明：该三元体系水泥石的抗压强度、抗折强度和二界面胶结强度相比于漂珠二元体系和NC二元体系分别提高了7%~21.1%、13.4%~51.9%和41.4%~122.2%。三元体系的固井水泥石在垂向上的最大密度差为0.022 g/cm³。基于DFE设计的三元体系具有良好的流变性、稳定性和力学性能。DFE对于多元固井水泥浆体系的设计和应用具有一定的指导意义,在保证低密度的前提下能够有效地提高固井水泥石的早期强度和综合性能。     

抗高温油井水泥降失水剂的合成及性能研究

以丙烯酸（AA）、N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酰胺（AM）、对苯乙烯磺酸钠（SSS）等为原料合成油井水泥降失水剂,并对该新型油井水泥降失水剂配置的水泥浆综合性能进行室内试验评价。结果表明水泥浆中加入该降失水剂可以控制API滤失量在50 mL以内,抗温达180 ℃。降失水剂使水泥浆的抗析水能力增强,稠化时间略有延长;抗盐能力达到36%。值得进一步推广应用。     

新型低密度水泥浆体系在大庆油田深层气井中的应用

针对常规漂珠的批量生产限制、承压能力差,非漂珠低密度水泥浆体系密度可控范围窄、低温强度低等问题,进行了新型深井高强低密度水泥浆体系的研究。选用新型高承压人造空心微珠作为主减轻剂,以颗粒的合理级配及紧密堆积为理论基础,通过水泥石抗压强度、水泥浆沉降稳定性等试验优选了 DC-1、DC-2外掺料,并确定最优配比。复配外加剂体系后,研制出密度为1.30～1.40 g/cm3的低密度水泥浆体系,具有密度低、强度高、稳定好等特点。该体系泥浆在大庆油According to the problems of conventional floating bead about mass production limit, poor resistance to pressure and non floating bead about narrow controllable range and low temperature strength, the study was made on high compressive strength and low density cement slurry system for new deep well. New high pressure artificial cenospheres were selected as density reducer, on the theoretical basis of reasonable gradation of particles and dense packing and by the cement compressing strength and cement slurry sedimentation stability tests, DC-1 and DC-2 additives were optimized and the optimal proportion was determined. With the additive system completion, new cement slurry system of 1.30～1.40g/cm3 was developed with the characteristics of low density, high compressive strength and good sedimentary stability, this slurry system was applied in Zhaoshen well 19 in Xujiaweizi block of Daqing oilfield. The good application effects show its good popularization and application prospect.田徐家围子区块肇深19井成功应用,取得较好的效果,具有良好的推广应用前景。     

龙凤山气田易漏失井固井工艺技术研究与应用

龙凤山气田属于典型的裂缝性储层,钻井过程中漏失问题突出。该气田地层压力系数低、气层活跃、井壁稳定性差,固井难度较大。针对本区块特点,强化固井工艺措施,做好钻完井过程的防漏、承压堵漏工作,优选完井方法,采用变排量顶替工艺技术,开展低密度水泥浆体系优选研究,合理设计浆柱结构,有效地解决了固井过程中的漏失和候凝期间气窜等问题,保证了固井质量,实现了油层的有效封固,现场应用效果良好。     

红河油田低压易漏地层水平段固井技术

为提高红河油田水平井固井质量,满足后期分段压裂需求,对红河油田水平井固井技术进行了研究。针对红河油田水平段固井技术难点,通过室内和现场试验,优选出了GSJ水泥浆体系,基于实测地层压力与地层破裂压力,进行平衡压力固井设计确定了环空浆体结构,为提高顶替效率,优化了扶正器类型与加放位置,专业软件模拟表明套管居中度＞73%,良好的井眼准备和套管漂浮措施确保了管柱的顺利下入;加长胶塞、树脂滚轮刚性旋流扶正器和关井阀等附件的使用,保证了固井质量。现场应用53口水平井,水泥浆全部返至地面,CBL测井结果表明,固井优良率达81.13%。该固井技术成功应用于红河油田水平井中,保证了固井质量,满足了后期分段压裂的需要。     

天然气水合物钻探低温低密度水泥浆体系优选试验

针对天然气水合物钻探对固井水泥浆的特殊要求,经过大量试验,优选出一种新型低温低密度水泥浆体系：100%G级油井水泥+15%漂珠+10%～15%微硅+8%超细矿渣+1%消泡剂+0.5%降失水剂+2.5%分散剂+2%硅烷偶联剂+5.6%～6%偏硅酸钠+8%～8.5%氯化钙+0.3%三乙醇胺+1%氯化钠（水固比0.7）。该水泥浆体系在低温条件下的密度、稠化时间、抗压强度、流变性和泌水量均可满足天然气水合物钻探固井要求。     

泡沫固井水泥浆密度与环空液柱压力变化规律研究

超低密度泡沫水泥浆是解决低漏失压力井固井漏失,提高固井质量的有效措施。除泡沫水泥浆体系的开发与性能优化外,掌握泡沫水泥浆在环空内产生的静液柱压力随井深的变化规律,是成功实施该工艺技术的前提。借助实际气体状态方程,考虑温度、压力变化对充入氮气的影响,建立了静液柱压力和水泥浆密度与井深之间的数学模型,以迭代法编程求解该隐函数方程,并借助VB语言实现程序运算。分析了含气量变化、井深等因素对泡沫水泥浆密度及静液柱压力的影响规律,并提出了泡沫水泥浆“防漏”与“压稳”固井浆柱结构设计思路,为该工艺平衡压力固井设计提供了一定的参考和理论依据。该设计方法经现场应用,证实其运算结果的可靠性。     

YR-3井井身井管结构设计及固井技术

以YR-3井为例,阐述了牛驮镇地热田从下伏石灰岩-白云岩完整地层钻取地热水时的多级成井结构及固井技术。该技术可有效地克服因地层漏失造成的孔壁坍塌及因设备能力偏小而造成的固井困难。经多眼井施工证明,该方法是牛驮镇地热田及类似地层地热井施工的有效方法。     

地方病高发区成井用胶质水泥浆的试验研究

通过地方病高发区成井用胶质水泥浆的试验研究，以普通水泥和膨润土为基本材料，同时添加改善材料性能的外加剂，研制了一种用于高砷、高氟、高矿化度地区水井成井的止水材料，具有流动性好、抗渗性高、不收缩、完全无毒、价格低廉等特点，特别是其高抗渗性和不收缩性非常适合地方病区成井时隔离劣质含水层，保证优质含水层与劣质含水层互不串通、不渗漏、不污染。