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机械振动对固井水泥石强度影响的实验研究

天然气勘探与开发 2018年第1期41卷 96-100页

作者：王友文袁进平王兆会尹宜勇王猛王微中国石油集团钻井工程技术研究院中国石油大学(北京)石油工程学院西安石油大学石油工程学院

为揭示机械振动对水泥石强度的影响规律,设计搭建了一个机械振动钻井液的室内实验平台,并制定了相应的正交实验方案,在常温常压下测试了不同振动频率、振动幅值及振动时间组合下水泥石的力学性能;同时分析了振动对不同密度钻井液体系的... 详细信息

为揭示机械振动对水泥石强度的影响规律,设计搭建了一个机械振动钻井液的室内实验平台,并制定了相应的正交实验方案,在常温常压下测试了不同振动频率、振动幅值及振动时间组合下水泥石的力学性能;同时分析了振动对不同密度钻井液体系的适用性。实验结果表明,机械振动可以显著提高常规密度水泥石强度,但对低密度和高密度水泥石的强度发展有不利影响;各单因素对常规密度水泥石强度影响程度为:振动频率>振动幅值>振动时间;同时优选出了最佳振动参数:振动频率为6~21Hz,振动幅值为2 mm,振动时间大于5 min,在此参数组合条件下水泥石强度可提高10%以上,为振动固井作业提供了指导意见。

关键词：振动固井机械振动水泥石强度正交实验

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稠油蒸汽吞吐井固井水泥环封隔失效机理研究

稠油蒸汽吞吐井固井水泥环封隔失效机理研究

作者：刘忠广中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

稠油资源在世界剩余石油资源中占比很高,稠油生产通常采用注入热流体的方式,注入温度最高可达380℃。常规油井水泥在高温下会出现强度衰退的现象,且高温高压的施工环境影响着水泥环的封固完整性。因此,建立一套符合实际工况的预防及解... 详细信息

稠油资源在世界剩余石油资源中占比很高,稠油生产通常采用注入热流体的方式,注入温度最高可达380℃。常规油井水泥在高温下会出现强度衰退的现象,且高温高压的施工环境影响着水泥环的封固完整性。因此,建立一套符合实际工况的预防及解决水泥石封固完整性的破坏方法对注汽开发井固井作业安全及油气井长期高效开采具有十分重要的意义。通过文献调研,选用嘉华G级油井水泥加硅砂体系,优选了硅砂粒径与硅砂加量,最终选择的配方为:嘉华G级水泥+200目硅砂+0.5%消泡剂+0.44水灰比,其中钙硅比为1。实验测试了养护温度为50-380℃时水泥石的抗压强度和抗拉强度,分析了养护温度为230-380℃时水泥水化产物形貌,揭示了养护温度为230-380℃时水泥石强度升高的原因。利用三轴测试得出围压为11 MPa时水泥石弹性模量与泊松比随养护温度的关系,为模型提供参数依据。利用应力场、渗流场、热力场基本方程,将水泥环-地层考虑为弹塑性体,建立热流固耦合力学模型;结合热采井实际施工工况,考虑井口注蒸汽对目标层位温度、压力及干度的影响,使用“先流固耦合后顺序耦合”的建模方法建立了热流固耦合有限元模型。即先建立流固耦合有限元模型,后将温度场有限元模型与流固场模型顺序耦合起来,并引入失效因子,将温度对水泥石强度的影响与温压对水泥环封固完整性的影响耦合起来,使分析更全面。根据建立的热流固耦合模型进行计算,评价了地层非均匀地应力、施工参数、组合体参数、复杂地质环境下的水泥环本体完整性,并对周期开采过程中水泥环界面胶结失效情况进行分析。根据热采井实际环境,提出提高固井封固完整性的措施建议。最后通过分析FHW3057P井基本概况,模拟FHW3057P井失效形式,与现场结果一致,表明本文所建模型的合理性,并利用模拟优化给出了有效防止水泥环本体发生失效的套管及水泥环热膨胀参数的应对措施。该研究成果对现场施工具有实际的指导意义。

关键词：水泥石强度水化产物热流固耦合封固完整性界面胶结失效

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新型增强材料在陇东区块天然气填充段的应用

广东化工 2021年第13期48卷 42-45页

作者：李德伟川庆钻探工程有限公司长庆固井公司陕西西安710000

陇东区块天然气井采用一次上返工艺实现全井封固,刘家沟组承压能力低,封固段长,温差大,给固井施工带来挑战,前期使用的高温低密防漏水泥浆体系,低温强度低导致封固质量存在一定问题,通过对陇东对区块地质特性、水泥石强度等方面分析,引... 详细信息

陇东区块天然气井采用一次上返工艺实现全井封固,刘家沟组承压能力低,封固段长,温差大,给固井施工带来挑战,前期使用的高温低密防漏水泥浆体系,低温强度低导致封固质量存在一定问题,通过对陇东对区块地质特性、水泥石强度等方面分析,引入新型增强材料,对水泥浆体系进行优化调整,确保体系性能稳定,提高水泥浆顶部强度,确保固井质量,在陇东天然气井固井应用效果良好,为陇东天然气井规模开发提供技术支撑。

关键词：陇东天然气井一次上返水泥石强度增强材料

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丁苯胶乳水泥浆体系的抗蚀性能

钻井液与完井液 2011年第2期28卷 58-62,99页

作者：常领吕兴辉张乐启姚良秀胜利石油管理局渤海钻井一公司

通过室内实验研究,优选出了与丁苯胶乳配套的外加剂,包括分散剂、稳定剂、缓凝剂等,形成了适合不同温度下的胶乳水泥浆体系,并通过扫描电镜和X射线衍射仪对胶乳水泥石的耐腐蚀性能进行了研究,同时进行了水泥石抗压强度、抗折强度和渗透... 详细信息

通过室内实验研究,优选出了与丁苯胶乳配套的外加剂,包括分散剂、稳定剂、缓凝剂等,形成了适合不同温度下的胶乳水泥浆体系,并通过扫描电镜和X射线衍射仪对胶乳水泥石的耐腐蚀性能进行了研究,同时进行了水泥石抗压强度、抗折强度和渗透率实验。结果表明,该丁苯胶乳水泥石的抗压、抗折强度高、耐腐蚀性好,该体系具有广泛的推广应用价值。

关键词：胶乳水泥浆水泥石强度耐腐蚀丁苯胶乳水泥浆配方

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羧基改性丁苯胶乳多元水泥浆体系的研究

羧基改性丁苯胶乳多元水泥浆体系的研究

作者：左丰芹中国石油大学

学位级别：硕士

目前国内许多油田已进入开发中后期,开采强度不断增大,井下工况更加复杂,迫切需要解决影响固井水泥界面胶结和层间封隔质量的各种问题。尤其是小井眼井、复杂结构井(水平井、定向井等)钻井工艺技术的发展,对固井水泥浆的性能以及水泥环... 详细信息

目前国内许多油田已进入开发中后期,开采强度不断增大,井下工况更加复杂,迫切需要解决影响固井水泥界面胶结和层间封隔质量的各种问题。尤其是小井眼井、复杂结构井(水平井、定向井等)钻井工艺技术的发展,对固井水泥浆的性能以及水泥环抵抗破坏的能力提出了更高的要求。目前,国内对于适合小井眼井、复杂结构井固井的集具有多种性能于一体的油井水泥浆体系研究较少,缺乏兼顾液态性能、防窜性能、耐腐蚀性能以及二界面胶结质量的多效能水泥浆体系,难以满足小井眼井、复杂结构井及特殊地层固井需要。本文通过室内实验研究,合成了油田固井用羧基改性丁苯胶乳(XSBR),优选出与之匹配的处理剂(稳定剂、消泡剂等),并且进一步优选出了与之匹配的增韧纤维材料(XW)、膨胀剂材料(BS500)作为外掺剂,形成了羧基改性丁苯胶乳多元水泥浆体系。并对水泥浆体系常规物性、流变性、水泥石的强度、防气窜性能、耐腐蚀性能、膨胀性能、界面胶结强度进行了评价。研究结果表明,羧基改性丁苯胶乳多元水泥浆体系具有低失水、零自由水、直角稠化、过渡时间短、防气窜、耐腐蚀和良好的流变性等特点,实现了水泥浆在较低返速下的紊流顶替,有助于提高固井顶替效率;而且形成的水泥石具有较高的抗外载能力和微膨胀的特性,水泥环的界面胶结质量得到提高。

关键词：油井水泥丁苯胶乳水泥石强度界面胶结

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深井水泥水化机理研究

深井水泥水化机理研究

作者：徐永辉大庆石油学院

学位级别：硕士

在水泥水化过程中,随着温度的提高,钙矾石反应期和C3S水化期提前,水化反应时间减少,诱导期缩短。原浆水泥石强度随着养护温度(80～200℃)的提高,有两个强度衰退临界温度点,即110℃和150℃。原浆水泥石强度的这种衰退程度随温度的升高而... 详细信息

在水泥水化过程中,随着温度的提高,钙矾石反应期和C3S水化期提前,水化反应时间减少,诱导期缩短。原浆水泥石强度随着养护温度(80～200℃)的提高,有两个强度衰退临界温度点,即110℃和150℃。原浆水泥石强度的这种衰退程度随温度的升高而增强,而产生衰退的起始时间随温度的增高而提前;加砂水泥在一定温度(80～200℃)下,强度发育随时间呈二级台阶(110～150℃)或突跃式增长(150℃后)的形式发展。确定了合理的硅砂加量范围一般在20%～50%之间,并且随温度升高,硅砂加量越大对强度发育及抗强度衰退越有利。原浆水泥在80～110℃以内的主要硅酸盐水化产物为:C2SH2、CSH(Ⅱ)、C3S2H3,呈网络状形态,具有良好的胶结性能;而当温度超过110℃时,水泥石中出现了低强度高渗透率的板块状水化硅酸二钙(C2SH),造成水泥石的强度衰退,并在高于150℃后,数量急剧增多。在水泥中加入硅砂时,在110～150温度范围内,或110℃养护时间超过3天,水泥石中分别出现了由纤维针状结晶C5S6H5,温度超过150℃后,又出现粗大针状结晶硬硅钙石C6S6H,这两种产物在一定程度上有效地抑制水泥石强度的高温衰退现象。明确了缓凝剂对浆体稠化时间的影响程度及适用温度范围与自身分子结构有密切关系。提出了在考虑现场施工水泥浆配方设计时,应充分考虑所选缓凝剂的高温稳定性,并在兼顾考虑对水泥水化过程特性影响、水泥石强度及与其它外加剂配伍性等条件下确定合适的加量。另外,评价了稠化时间曲线与静胶凝强度发育趋势间的对应关系。研究结果为优选和设计以G级油井水泥为基础的深井水泥浆体系及配方提供了基础和依据,对油田固井具有较强的指导作用,并针对80～200℃各温度段提出了水泥浆体系初步设计方案。2005年抗高温水泥浆分别在大庆油田卫25井、升深7井、达深1井、徐深1井、徐深2井进行了现场试验,有效的满足了五口井的施工和保证了五口井的固井质量。截止2006年底,抗高温水泥浆分别在大庆油田庆深气田、大庆外围深层、大庆深层斜井、水平井分支井等46口深井上应用,取得了较好的固井效果。

关键词：深井水泥水化机理水泥石强度稠化时间水化产物

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聚合物柔性水泥浆体系的研究

聚合物柔性水泥浆体系的研究

作者：杨衍云中国石油大学

学位级别：硕士

随着油气田勘探开发技术的深入发展,深井、超深井的数量不断增多,固井难度增大,而各种增产工艺、措施和后期作业对油气井固井质量也提出了更高的要求。通过室内实验研究,优选出聚合物胶乳、纤维、弹性颗粒及胶乳配套的处理剂,包括稳定... 详细信息

随着油气田勘探开发技术的深入发展,深井、超深井的数量不断增多,固井难度增大,而各种增产工艺、措施和后期作业对油气井固井质量也提出了更高的要求。通过室内实验研究,优选出聚合物胶乳、纤维、弹性颗粒及胶乳配套的处理剂,包括稳定剂、消泡剂等,形成聚合物柔性水泥浆体系。并对聚合物柔性水泥浆的常规物性(密度、初始稠度、稠化时间、失水量等)、流变性、耐温耐盐性以及防气窜性能进行了评价;同时考察了聚合物柔性水泥石的抗压抗折强度、耐腐蚀性能和硬化体体积收缩性。研究结果表明,聚合物柔性水泥浆具有抗温耐盐、低失水、零自由水、直角稠化、过渡时间短、防气窜和良好的流变性等特点,实现了水泥浆在较低返速下的紊流顶替,有助于提高固井顶替效率;并且聚合物柔性水泥石的抗压抗折强度高、柔韧性强、耐腐蚀性好。室内研究的基础上,进行现场试验,并取得了良好的效果,固井质量优。

关键词：油井水泥水泥石强度柔韧性耐腐蚀性

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高温高压井水泥浆的研究与实践

钻井液与完井液 2003年第2期20卷 31-32页

作者：顾军向阳王学良周芝琴成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室吐哈石油勘探开发指挥部

讨论了高温高压对水泥石强度的影响规律。水泥石强度在温度低于110℃时随养护温度升高而增加,在高于110℃时随养护温度升高而降低,即发生了水泥石高温强度退化现泉,且温度越高退化现象越严重。水泥石抗压强度在养护压力低于21 MPa时随... 详细信息

讨论了高温高压对水泥石强度的影响规律。水泥石强度在温度低于110℃时随养护温度升高而增加,在高于110℃时随养护温度升高而降低,即发生了水泥石高温强度退化现泉,且温度越高退化现象越严重。水泥石抗压强度在养护压力低于21 MPa时随压力升高而增加;在高于21MPa时压力的影响不明显。在此基础上优选出了满足吐哈盆地预探井和科学探索井固井要求的抗高温水泥浆,该体系使用中粗硅粉高温稳定剂、RC800降失水剂、USZ分散剂和TW-200R缓凝剂。在勒七井和鄯科一井的固井实践表明,该体系高温性能稳定,施工顺利,固井质量合格。

关键词：固井水泥石强度硅粉油气井高温高压井水泥浆研究

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高温水泥浆体系的研制与应用

石油地质与工程 2010年第3期24卷 114-115页

作者：姜红波唐晓雷刘来生杨代蓉陈玉同冷士华长江大学湖北荆州434023 中国石化河南石油勘探局钻井工程公司

针对深井高温环境常规水泥外加剂失效、水泥浆性能变差等问题,研制出高温深井水泥浆体系及配套的减阻剂HNJZ1、缓凝剂HNHN1、降失水剂HNJS1。室内实验和现场应用表明,该高温深井水泥浆体系具有失水量低、流变性能好、稠化时间易调、水... 详细信息

针对深井高温环境常规水泥外加剂失效、水泥浆性能变差等问题,研制出高温深井水泥浆体系及配套的减阻剂HNJZ1、缓凝剂HNHN1、降失水剂HNJS1。室内实验和现场应用表明,该高温深井水泥浆体系具有失水量低、流变性能好、稠化时间易调、水泥石强度发展快、抗压强度高等特点。

关键词：高温水泥浆体系外加剂水泥石强度抗压强度