為滿足高溫井固井對防氣竄水泥的特殊要求,研制出了一種高溫防氣竄膠乳水泥漿體系。膠乳由苯乙烯(st)、丁二烯(bd)、聚乙烯醇等制備而成,具有穩(wěn)定性好的特點。介紹了膠乳的制備條件,室內(nèi)評價并分析了膠乳的高溫降失水性能、耐溫性能以及膠乳水泥石的性能。利用美國chandler公司7150型氣竄模擬分析儀研究了膠乳水泥漿的防氣竄性能。通過用x′pertprox射線衍射儀分析水泥石受不同腐蝕介質(zhì)腐蝕后的組分變化,研究了膠乳水泥漿的耐腐蝕性能。

對丁苯膠乳水泥漿的泥漿稠化性能、防氣竄性、水泥石的抗沖擊性及彈性進行了室內(nèi)研究,并通過采用丁苯膠乳與降失水劑的復配對降失水性進行探討,研究表明:丁苯膠乳的加入增強了水泥石的抗沖擊性及彈性,復配后水泥漿的降失水性性能很好。

哈薩克斯坦mynteke油田屬典型的窄壓力窗口固井地區(qū),其上部有活躍的淺層氣,下部地層破裂壓力低,鉆井液密度在1.05～1.10g/cm3范圍內(nèi)時仍有井漏發(fā)生。用常規(guī)低密度水泥漿固井后,水泥膠結(jié)較差,部分井口有冒氣現(xiàn)象。為有效防止氣竄,提高固井質(zhì)量,研究出一種適合該區(qū)塊的非滲透抗竄低密度水泥漿體系。該水泥漿體系具有低密度可調(diào)、流動性好、抗壓強度高,失水低、稠化過渡時間短等良好的工程性能。通過室內(nèi)實驗和5口井的現(xiàn)場成功應用表明,非滲透抗竄低密度水泥漿體系能滿足該地區(qū)淺層氣竄和低壓漏失的固井施工作業(yè)的需求。

陸東五彩灣地區(qū)油氣井固井過程中氣侵、氣竄嚴重,而現(xiàn)有的防竄水泥漿體系防竄作用單一,很難滿足固井要求。為解決這種問題,提出用膠乳水泥漿體系來防竄。通過實驗,從應用廣泛的固井膠乳中優(yōu)選出性能優(yōu)良的膠乳,為進一步加強其防竄和降失水性能,使其與高性能降失水劑復合,添加適量外加劑,形成新型防氣竄膠乳水泥漿體系;進而研究了不同溫度條件下膠乳水泥漿體系對稠化時間、流變性、降失水、抗壓強度的影響。結(jié)果表明:該膠乳水泥漿體系具有較強的抗溫防竄性能,能完全滿足該地區(qū)的固井要求。

膠乳水泥漿體系已廣泛應用于大位移井、分支井、大斜度井、調(diào)整井和小井眼井等疑難井的固井,用以提高水泥漿的防氣竄和控制失水能力,同時改善水泥石的膠結(jié)性能、韌性和防腐蝕能力。但是,由于鹽的存在會使膠乳雙電層的zeta電位降低,從而破壞膠乳的穩(wěn)定性,導致膠乳在鹽水中發(fā)生絮凝,因而限制了其在含鹽巖層(鹽層、鹽膏層、鹽水層)和水敏地層等復雜井的使用。針對這一難題,實驗室研發(fā)并在國內(nèi)首報了一種耐鹽膠乳水泥漿體系,采用動態(tài)光散射、zeta電位儀、差示掃描熱分析儀以及熱重分析儀對其粒徑、穩(wěn)定性、玻璃化溫度以及熱穩(wěn)定性進行了分析描述;還開發(fā)了配套的耐鹽緩凝劑以及降失水劑,并研究了鹽含量為15%bwow時耐鹽膠乳水泥漿體系的性能。對該耐鹽膠乳水泥漿體系性能的研究結(jié)果表明:①能耐飽和氯化鈣溶液、飽和鹽水以及耐250℃高溫;②具有流變性好、失水量小、防氣竄等優(yōu)點;③可滿足含鹽巖層井和含水敏地層井固井要求。

為了有效提高水平井水泥環(huán)膠結(jié)強度,提高固井質(zhì)量,通過對現(xiàn)有膠乳添加劑的改善和優(yōu)選,開發(fā)出一種新型膠乳水泥漿體系。對該體系的失水控制、防漏失性能、流變性、穩(wěn)定性、稠化時間及水泥石力學性能進行了室內(nèi)實驗。實驗表明,膠乳水泥漿具有良好的流變性和較高的沉降穩(wěn)定性,能有效控制失水、防止環(huán)空竄流;水泥石的滲透率低、彈性及抗拉強度高、抗沖擊能力強;能有效提高第一界面和第二界面的膠結(jié)強度,延長水平井壽命。

研制出一種在-15℃的環(huán)境下仍能保持良好流動性的抗凍丁苯膠乳pc-cgr66l-t。室內(nèi)研究發(fā)現(xiàn),用pc-cgr66l-t配制的膠乳水泥漿具有較好的強度和濾失性能,較短的稠化轉(zhuǎn)化時間,較好的抗海水侵污能力,滲透率低,凝膠強度發(fā)展快,抗竄能力強,適合于寒冷地域油田或冬季固井作業(yè)。

通過室內(nèi)實驗研究,優(yōu)選出了與丁苯膠乳配套的外加劑,包括分散劑、穩(wěn)定劑、緩凝劑等,形成了適合不同溫度下的膠乳水泥漿體系,并通過掃描電鏡和x射線衍射儀對膠乳水泥石的耐腐蝕性能進行了研究,同時進行了水泥石抗壓強度、抗折強度和滲透率實驗。結(jié)果表明,該丁苯膠乳水泥石的抗壓、抗折強度高、耐腐蝕性好,該體系具有廣泛的推廣應用價值。

針對慶深氣田深井氣井防氣竄固井的需求,在膠乳水泥漿基礎上,通過加入纖維和膨脹劑研制出了微膨增韌膠乳防氣竄水泥漿。用沖擊功實驗和水泥漿膨脹儀對纖維和膨脹劑的適宜加量進行了優(yōu)選。性能評價結(jié)果表明,加入0.5%纖維和1.5%~2.0%膨脹劑,對水泥漿的流動度、游離液、失水無影響,但提高了水泥石抗壓強度;該水泥漿具有理想的直角稠化曲線,有利于防止氣竄的發(fā)生,而且稠化時間可調(diào)。該水泥漿在慶深氣田4口深井氣井中進行了試驗應用,4口井均沒有發(fā)生氣竄且固井質(zhì)量好,表明,該水泥漿能夠滿足深井氣井固井施工的要求。

對室內(nèi)合成膠乳進行了粒徑測試,室內(nèi)研究了膠乳加量對水泥漿基本性能的影響,得出膠乳可有效改善水泥漿的失水性能,增強水泥石的韌性,提高水泥環(huán)的密封性,有助于提高固井膠結(jié)質(zhì)量,據(jù)此優(yōu)選出了膠乳防竄水泥漿體系,對其靜膠凝強度發(fā)展、防竄性能等作了相關評價,其膠凝強度過渡很快,防氣竄測試無氣竄發(fā)生,具有良好的防竄效果。并介紹了該膠乳防竄體系在毛壩7井的現(xiàn)場應用。

為了研究co2腐蝕水泥石的機理,并開發(fā)出適合某氣田群固井水泥石的緩蝕劑,室內(nèi)合成并篩選了符合防co2腐蝕水泥石原理的緩蝕劑pc-cb86l。實驗從水泥石孔隙結(jié)構(gòu)影響因素、養(yǎng)護溫度、養(yǎng)護壓力以及養(yǎng)護時間都對水泥石的腐蝕產(chǎn)生影響及對比pva水泥石、膠乳水泥石和非滲透性聚合物膠乳水泥石的滲透性,研究發(fā)現(xiàn)該非滲透緩蝕劑與膠乳水泥漿體系具有良好的相容性,加有pc-cb86l非滲透劑的水泥漿體系滲透率降低率達到98.94%,水泥石與pva聚乙烯醇水泥漿制備的水泥石比較,開始產(chǎn)生滲透現(xiàn)象的初始壓力達到6倍,體現(xiàn)出非滲透膠乳聚合物水泥石具有較強的抗co2和h2s等腐蝕能力,具有防氣竄和抗腐蝕的功能,滿足某氣田群開發(fā)的固井作業(yè)要求。

低密度固井水泥漿技術

利用顆粒級配和緊密堆積理論,制備了密度為1.20～1.30g/cm~3的微細水泥/漂珠低密度水泥漿體系。確定了其最佳配方:微細水泥與g級油井水泥質(zhì)量比為1:1,微硅加量6.0%,降失水劑sz1-2加量1.5%,早強劑ck21加量2.0%,分散劑sxy加量1.4%,漂珠加量30%～60%,空心玻璃珠加量10%～20%,水灰比0.58～0.62。在50℃下,考察了該低密度水泥漿的抗壓強度、失水性、流變性等,結(jié)果表明,該體系具有早期強度高、穩(wěn)定性好、稠化時間可調(diào)等優(yōu)點,適用于低壓易漏地層及超長封固段的固井施工。

勝利油田對礦渣低密度水泥漿固井技術通過近兩年的室內(nèi)試驗,研究出適合勝利油田的礦渣低密度水泥漿固井技術,對解決勝利油田低壓易漏井固井和提高固井質(zhì)量有重要的現(xiàn)實意義。文中著重介紹了礦渣膨潤土低密度水泥漿的配比優(yōu)選,漿體性能的優(yōu)化及礦渣水泥漿的應用等。

常規(guī)低密度水泥漿固井中存在水泥石抗壓強度低、水泥漿游離液含量大、漿體穩(wěn)定性差等突出問題,滿足不了油層固井需要。為保護油氣層、提高固井質(zhì)量,通過深入研究,從篩選和優(yōu)化水泥、外摻料及配伍外加劑入手,開發(fā)了高強度低密度水泥漿體系;并通過采取新工藝、強化技術措施,有效解決了油層固井中遇到的一系列問題,在中國科探1井、4000m以上深井、煤層氣井以及淺層稠油井等40余口井進行了油層固井作業(yè),固井一次成功率100%,質(zhì)量優(yōu)良率90.5%,達到了滿意的效果。

玉門青西油田屬于裂隙性油藏,由于井深、封固段長、多套壓力體系共存、井眼條件較差、溫度高及封固層段上下溫差大等問題,固井難度較大。前期采用常規(guī)加砂水泥漿體系,雖基本解決了完井固井質(zhì)量問題,但對油層污染較大,后引進低密度水泥漿體系,固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率達85%以上,油藏采收率得以大幅提高,應用效果良好。

漂珠低密度水泥漿在解決低壓易漏地層和低壓長封固段固井中得到了廣泛應用,為更好的掌握漂珠對低密度水泥漿性能的影響情況,通過室內(nèi)實驗研究,考查了攪拌速度對漂珠低密度水泥漿密度的影響情況,分析了不同壓力條件下對不同細度的漂珠低密度水泥漿密度及其水泥漿流變性能的影響規(guī)律,研究了漂珠對低密度水泥石強度等影響規(guī)律,為漂珠低密度水泥漿的現(xiàn)場應用提供了借鑒作用。優(yōu)選出了綜合性能優(yōu)良的漂珠復合低密度水泥漿體系及配方,在塔河油田進行了推廣應用,取得了良好的固井效果。

針對目前低密度水泥漿抗壓強度偏低,無法滿足封固生產(chǎn)套管的不足,在分析低密度水泥漿配制關鍵技術的基礎上,通過優(yōu)選合適的中空微珠減輕劑、研制高性能促凝劑和選擇合理的dinger-funk方程緊密堆積計算模型,開發(fā)出密度1.30～1.50g/cm3高強低密度水泥漿hplc體系。測試結(jié)果表明,hplc體系無游離液、漿體穩(wěn)定、流變性好、api失水量≤37ml/30min、稠化時間滿足施工要求、低溫早強和水泥石抗壓強度高等優(yōu)異性能,完全能夠滿足封固生產(chǎn)套管的抗壓強度要求,有助于通過低壓固井來實現(xiàn)保護油層目的。

膠乳水泥漿在配制過程中易產(chǎn)生大量氣泡,普通消泡劑無法消除,不僅給現(xiàn)場配漿帶來困難,還易造成氣竄、井噴等安全問題。實驗研究表明,膠乳泡沫嚴重影響水泥漿密度、抗壓強度以及稠化性能,使用消泡劑可改善水泥漿性能。利用簡易密度恢復率方法對各種類型消泡劑在不同膠乳加量下的消泡能力及最優(yōu)加量進行了評價,優(yōu)選出2種消泡劑xpc-502和bp+xp-1。研究表明,在膠乳加量為5%～20%時,2種消泡劑的密度恢復率都較大,且漿體流變性好、水泥石強度大、失水易控制、稠化性能穩(wěn)定,為膠乳水泥漿消泡劑的使用提供了新的選擇。

針對ksk油田固井中的油氣水竄問題,開展了lx600膠乳防竄水泥漿體系研究工作,并進行了室內(nèi)實驗評價,認為水泥漿體系具有抗高溫、低失水、沉降穩(wěn)定性好、過渡時間短、直角稠化和防氣竄等綜合性能。lx600膠乳水泥漿體系在ksk油田應用了55口井,應用效果進一步表明,該水泥漿體系能夠有效提高雙界面膠結(jié)質(zhì)量,解決固井中的油氣水竄問題。

水泥漿的性能是固井的關鍵,直接決定著一口井固井質(zhì)量的好壞,水泥漿密度、稠化時間、強度、析水等一系列指標都改變水泥漿性能。根據(jù)水泥外加劑的作用,經(jīng)過室內(nèi)研究,在水泥漿中加入降失水劑、分散劑、調(diào)凝劑、消泡劑等外加劑,優(yōu)選出適合該區(qū)塊固井的防油氣水竄雙凝雙密度水泥漿體系。在某生產(chǎn)油井固井現(xiàn)場試驗,固井質(zhì)量合格率100%,優(yōu)質(zhì)率98%以上,取得了良好的效果。

因為引起的井漏而出現(xiàn)的固井失敗,常常會出現(xiàn)在壓力系數(shù)低或是特別是裂縫型以及溶洞型碳酸鹽巖地層易漏地層固井中。使用常規(guī)密度1.88g/cm3的水泥漿固井,非常容易引起井漏,造成固井失敗,嚴重影響固井質(zhì)量。根據(jù)dwq易漏地層的固井需求,并結(jié)合實際要求和需求調(diào)和出應對這種狀況最佳比例的低密度水泥漿,并保證低密度水泥漿具有應該有的強度,從而運用在dwq易漏地層的固井難點上,達到了隔封地層的目的。