摘要：针对目前油井水泥降失水剂高温条件下耐温性差的问题,通过分子结构设计,以丙烯酰胺(AM)、对苯乙烯磺酸钠(SSS)、双温敏单体N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)与N,N-二乙基丙烯酰胺(DEAA)为原料,通过水溶液自由基聚合法制备了一种耐高温降失水剂(LHF-1L)。以失水量为评价指标,对合成条件进行了优选,同时对LHF-1L进行了结构表征和性能评价。结果表明,在AM、SSS、DMAA、DEAA物质的量比为4∶6∶2∶0.5,引发剂为单体总质量0.75%的过硫酸钾(KPS)溶液,反应物溶液pH值为7,反应温度为65℃,反应时间为4 h的条件下制得的LHF-1L的降滤失性能最佳。在220℃、7%加量下的失水量为42 mL。FT-IR、TG和GPC测试结果表明,4个单体均成功参与聚合并生成目标产物。当温度达到273℃后,LHF-1L才出现明显的热损失,其多分散系数为1.396,数均分子量为171 351 g/mol。此外,LHF-1L对水泥浆流动度和水泥石抗压强度发展的影响较小。在220℃下,在水泥浆中加入7%LHF-1L后的失水量仍能控制在50 mL以内。在150℃、94.4 MPa下,LHF-1L不会使水泥浆急剧增稠和超缓凝,稠化曲线正常,未发生异常胶凝现象。采用双温敏单体制备LHF-1L,增强了其在高温下的温敏疏水缔合作用,从而提高了高温降滤失性能,可以满足高温条件下的固井技术需求。

摘要：基于三向主应力影响的水泥环弹塑性模型和界面裂缝的应力场模型,综合考虑水泥环拉伸破坏、塑性屈服、界面裂缝沿界面扩展以及界面裂缝曲折扩展等失效形式,建立了满足压裂井筒密封要求的水泥环力学性能设计方法,同时据此方法构建了水泥环弹性模量、泊松比量化设计图版,明确了井筒安全和风险区域,量化了水泥环屈服强度和抗拉强度指标。研究表明:降低水泥环弹性模量、提高水泥环屈服强度和泊松比可避免水泥环发生塑性变形;提高水泥环抗拉强度可防止其拉伸破坏;提高水泥环弹性模量和泊松比对缩短界面裂缝长度有利,但会增加界面裂缝曲折扩展进入水泥环的风险。模型验证与实例检验证实该模型计算结果较准确,更便于现场应用。

摘要：针对深井、超深井固井中,水泥浆在高温下液相黏滞力下降而发生固相沉降失稳甚至分层的问题,设计合成了一种耐200℃的高温悬浮剂GX,该剂是以丙烯酰胺(AM)、对苯乙烯磺酸钠(SSS)、N, N-二乙基丙烯酰胺(DEAA)为单体,过硫酸铵(APS)为引发剂,采用自由基溶液聚合法制得的三元共聚物。采用GPC、FTIR、1H-NMR和SEM对高温悬浮剂的分子量、结构和形貌进行了表征,结果表明,3种单体均参与聚合反应,成功合成了AM/SSS/DEAA三元共聚物。TG、FTIR和SEM分析表明,高温悬浮剂的耐热性能优异,最高可达318.6℃。高温沉降稳定性评价结果表明,高温悬浮剂的适用温度可达200℃,水泥浆中加入悬浮剂GX后,200℃下密度差小于0.02 g/cm^(3),能提高水泥浆的沉降稳定性,且高温悬浮剂的加入对水泥浆的流变性、稠化时间和水泥石的强度无负面影响。

摘要：为了测量储气库固井水泥石关键力学参数抗拉强度和胶结强度,分别设计了测量两个力学参数的新方法,通过对6套典型储气库固井水泥石的实验测量和对比分析,发现新方法对储气库固井水泥石测量效果更佳,测量值更具合理性。典型储气库固井水泥石的抗拉强度值大致分布在1.5～3.5 MPa,与抗压强度之比分布在7%～13%,水泥石力学改性对抗拉强度有明显的影响;低密度水泥石的纵向胶结强度大致为0.7～1.5 MPa,正常密度水泥石大致为1.5～2.5 MPa,强度远超过支撑套管重量的要求,水泥环受套管作用而破坏的危险点不在纵向上而是在横向上。

摘要：循环温度的准确预测是保障固井作业安全和固井质量的重要影响因素之一。特别对深井而言,水泥浆性能对温度十分敏感,温度预测偏低5℃会严重缩短水泥浆可泵送时间,易引发固井事故,温度预测偏高会延长候凝时间,甚至可能发生超缓凝,水泥柱顶部十天以上都无强度,延误后续钻进作业。为保证施工安全,提高固井质量,根据井下传热特点及施工流程,建立了一种新的二维瞬态注水泥循环温度预测模型。研究结果表明:(1)固井前应多周循环钻井液,并适当提高循环排量,可以有效降低注水泥循环温度;(2)冬季最高循环温度低于夏季,尤其对浅井而言差别更加明显,冬季适当降低循环温度设计值不会影响安全泵注,而且能减小水泥浆体系设计难度;(3)深井温度系数高于浅井,井眼尺寸越大,循环温度越低。

摘要：固井质量评价主要依赖于水泥胶结测井结果,而声波水泥胶结测井结果受被测介质(套管—水泥、水泥—地层)的影响。文章利用超声波测试手段,以水泥环为主要研究对象,探索了高、中、低3种密度混合材水泥石的声速特征,定性地分析了固井水泥配方设计(组分、强度性能)对水泥石声学特性的影响。实验表明:在正常密度水泥石实验中一般声速反应较规则,基本与强度正相关;不同类型外加剂控制水泥石工程特性的不同,凝固后形成水泥石的内部均匀、密实及晶相连续性特征不同,声速反应也不同。因此,利用声波水泥胶结测井结果进行固井质量评价时,不能忽视混合材水泥浆设计(组分、强度性能)对测井结果的影响。

摘要：针对油井水泥环井下易脆裂问题,对脆性水泥环破坏的根本原因进行了研究。结果表明,水泥石内部化学键断裂导致内部裂缝的扩展是水泥环后期层间密封性能失效,并诱发环空窜流的主要原因之一。实验研究了外加剂及外掺料对油井水泥石脆性改善的微观作用机制,建立了包括结晶相、凝胶相、粒间充填及粒间搭桥在内的基质塑化设计模型。利用此设计模型开发了多元材料复合增韧水泥石,与常规水泥石相比,其力学形变完整性的保持能力有较大的提高,适应井下工况环境变化的能力得到增强,可满足油气井后期安全开发生产的需要。

摘要：由于受外在条件的限制水泥浆流态性能常常无法达到紊流顶替要求,而井眼状况、钻井液性能调整 对界面胶结质量的影响又常被固井作业者所忽视;文章结合大港油田现场作业结果提出的固井前钻井液性能地面 调整可以降低固井施工紊流顶替对水泥浆流态性能的过高要求以及使用前置液紊流低返速顶替固井技术提高二 界面胶结质量,充分体现了固井工程“一体化”系统设计思想;固井前调整、优化钻井液流变性能,可降低钻井液屈 服值、塑性粘度、初终切力和流动摩阻压力,防止固井顶替过程中泵压过高压漏薄弱地层,并能有效除去大块钻屑 及附着在井壁的虚滤饼,预防固井后声幅测井电测遇阻下小钻杆通井等复杂工况,有利于改善滤饼质量并提高第 二界面胶结质量;在水泥浆返速无法达到紊流流态性能下采用前置液紊流冲洗及水泥浆低返速顶替技术,并结合 流速剖面梯级匹配顶替技术,能够有效提高顶替效率,适合窄安全压力窗口防漏注水泥的施工要求,提高固井质量。

摘要：从硅酸盐工学和材料科学的角度,以盐水水泥浆为主要研究对象,利用X-射线衍射分析、微观电镜等实验手段,从化学机理方面研究了Cl-对G级水泥水化的影响,以期为抗盐水泥浆体系的设计提供理论依据。实验分析结果表明,Cl-参与C3A和C3S的水化反应,生成离子溶度积很小的氯盐(***2.10H2O),加速水化从而缩短水泥浆稠化所需要的时间;水化反应产生的OH-与溶液中游离的Ca2+反应生成Ca(OH)2,使成形后的水泥石内部疏松且孔结构分布不均,其抗压强度小于不加盐所形成的水泥石;因氯盐引起的固相绝对体积的变化值为91.04%;加盐水泥石的固相体积相对不加盐的水泥石体积增大3.1%。

摘要：研究了一种低密度(1.30 g/cm^3)可固化防漏工作液,用于解决低压易漏失井段在固井时,因地层承压能力低、易漏失、窜槽,导致固井质量不高的问题。通过在优质的隔离液中加入一种具有固化性能的材料(2.60~2.90 g/cm^3)替代常规的加重剂,配制一种低密度可固化工作液。该工作液能有效平衡地层压力并在环空中固化,从而对易漏地层起到防漏效果、提高固井质量。重点分析了该体系的固化后试样强度及水化机理,研究发现:工作液固化强度发展的实质是OH^-对固化剂玻璃体结构的破坏;通过对配方的调节能实现从30~90℃固化试样都具备一定的抗压强度。该体系的研发对于防漏工作液的设计提供了一种新的思路,同时还可以运用于钻井工程中堵漏,提高地层的承压能力。