非渗透性聚合物胶乳水泥浆技术研究

摘要

固井过程中，气窜是一项非常难解决的问题，尤其是封固段顶底温度差较大时，气窜更容易发生，有时会造成严重后果，造成全井的报废。因此，固井过程中有效地防止气窜的发生尤为重要。 本文通过理论分析和实验研究相结合的方法，研究出一种非渗透胶乳聚合物水泥浆体系，该体系具有其独特性：①采用胶乳与聚合物降滤失剂复合，有效地改善了胶乳体系的稳定性，同时具有降低胶乳体系的用量、滤失量、增强水泥浆体系的综合性能。②温度适应性强，从36℃到89℃范围内，均能有效地改善和稳定胶乳体系。③与胶乳体系配套的胶乳水泥浆消泡剂，具有优异的胶乳消泡效果。④配套的水泥浆膨胀剂EXPS，具有优异的膨胀效果，其不受温度和环境因素影响，膨胀效果稳定，对水泥浆无不良影响。⑤胶乳聚合物水泥浆体系中配套的分散剂、缓凝剂以及降滤失剂具有良好的协同作用，所配制的水泥浆在高温和低温环境下均具有较好的稠化转化时间，防止流体窜流特别是气窜的效果显著。 机理分析研究表明：EXPS水泥浆膨胀剂具有一定微压气体膨胀，具有一定凝固期膨胀同时还具有一定的近程膨胀和适度的远程晶格膨胀；非渗透剂的加入，改善和增强了水泥颗粒与胶乳颗粒之间的联接，降低了水泥石的渗透性能，有效地发挥了防气窜的功能。 现场应用结果表明，所开发的非渗透胶乳聚合物水泥浆体系防气窜性能好，满足固井作业要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的目的及意义

1.2胶乳水泥浆的国内外应用概述

1.3固井作用中的油气水窜现象

1.3.1水泥浆凝固前的气窜

1.3.2水泥浆凝固过程中的气窜

1.3.3水泥浆凝固后的气窜

1.4水泥浆凝固期间及凝固后的流体侵分析

1.4.1水泥浆凝固过程中的传压方式

1.4.2气侵的方式

1.4.3水泥浆的稠化转化

1.4.4水泥石的性能与流体窜影响

1.5油水气窜的水泥浆控制方法

1.6论文研究目的及主要内容

第二章聚合物胶乳水泥浆的主要外加剂及作用机理

2.1固井水泥浆用SBRL粒子制备及作用机理

2.1.1固井水泥浆用SBRL粒子制备

2.1.2 SBRL粒子的作用机理

2.2聚合物胶乳水泥浆中聚合物的制备及作用机理

2.3胶乳水泥浆体系用分散剂

2.4胶乳水泥浆体系用缓凝剂

2.5胶乳水泥浆体系用膨胀剂

2.6胶乳水泥浆体系用非渗透剂

2.7胶乳水泥浆体系用消泡剂

2.8胶乳水泥浆体系用乳液稳定剂

2.9本章小结

第三章 聚合物胶乳水泥浆体系常规性能研究

3.1配浆水及水灰比对聚合物胶乳水泥浆性能的影响

3.1.1配浆水对水泥浆性能的影响

3.1.2水泥浆配浆水的老化试验

3.1.3水灰比对水泥浆性能的影响

3.2 聚合物胶乳水泥浆的滤失性能

3.2.1降滤失剂的作用

3.2.2常用降滤失剂类型

3.3聚合物胶乳水泥浆的流变性

3.4聚合物胶乳水泥浆的稳定性

3.4.1聚合物胶乳水泥浆的自由液

3.4.2聚合物胶乳水泥浆的沉降稳定性

3.5聚合物胶乳水泥浆体系的稠化性能

3.6聚合物胶乳水泥浆体系的强度性能

3.7本章小结

第四章聚合物胶乳水泥浆体系特殊性能研究

4.1聚合物胶乳水泥浆的加重性能

4.2聚合物胶乳水泥浆的膨胀性能

4.2.1水泥浆的凝固收缩

4.2.2微裂缝-微环隙的形成

4.2.3 EXPS胶乳膨胀剂对水泥石膨胀性能影响

4.3聚合物胶乳水泥浆的抗侵污性能

4.4聚合物胶乳水泥浆的非渗透性能

4.4.1胶乳水泥浆的非渗透防窜性能

4.4.2水泥石孔隙的流体粘度对窜流的阻止作用

4.4.3水泥石的壁面分隔及窜流突破压力

4.4.4水泥浆的气窜趋势分析

4.5水泥石的力学性能分析

4.5.1不同水泥浆体系的水泥石的应力与应变的关系

4.5.2不同水泥浆体系的水泥石的应变与时间的关系

4.5.3不同水泥浆体系的水泥石的应力与时间的关系

4.6聚合物胶乳水泥浆的壁面剪切胶结性能

4.7聚合物胶乳水泥浆的UCA评价

4.8本章小结

第五章 聚合物胶乳水泥浆现场应用设计

5.1聚合物胶乳水泥浆及前置液用量设计

5.2固井作业与施工事项

第六章结论及认识

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢