煤储层固井胶结强度性能及改善方法研究

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浅谈煤层气固井技术

浅谈煤层气固井技术

浅谈煤层气固井技术摘要:我国的煤层气资源十分丰富,但开发利用刚刚起步。

煤层与一般的油气层相比,具有埋藏浅,微孔隙和裂缝发育,煤层的机械强度和孔隙度较低,易坍塌,易污染。

文章根据煤层气井的特点,介绍了一般油气井固井与煤层气固井的区别、煤层气固井的特点及难点,总结了目前煤层气固井存在的主要问题。

关键词:煤层气固井固井质量水泥添加剂一、煤层气固井技术研究1.煤层气井的特点1.1煤层埋藏浅,一般在300~1500m之间,井底温度及压力低,远远小于油气井的井底温度与压力。

煤层孔隙及割理发育且具有双重孔隙结构,其微孔和超微孔的体积约占50%以上(孔隙内表面积高达200~400m2/g煤),吸水后易产生井壁垮塌、漏失,并造成孔隙堵塞。

1.2煤层孔隙压力梯度一般小于0.01MPa/m,属于低压地层地层压力系数变化规律性差,很难预测,难以平衡压力固井。

1.3煤层微孔隙发育,割理多,非均质性强,机械强度低,力学稳定性差,在外力作用下极易破碎。

该特点在钻井上极易引起煤层的坍塌。

破碎,导致井径扩大率偏大。

1.4煤储层存在渗透性滞后现象。

煤层的渗透性低,孔隙压力低,钻井和固井过程中平衡压力大,煤层极易受到伤害。

2.煤层气固井的特点和难点2.1煤层的空隙压力梯度和破裂压力梯度低,水泥浆密度比钻井液密度(1.03~1.10g/cm3)高得多。

煤层气井封固段一般为600~1200m,水泥浆一般要求返出地面由于封固段长,固井过程中易形成高的过平衡压力,很容易发生漏失。

一方面水泥浆低返,影响固井质量;另一方面水泥浆渗入煤储层,对煤层造成很大伤害。

2.2煤层气井一般采用二开结构,用0215.9mm钻头钻开煤层,下入0139.7mm 生产套管。

固井时替浆量少,除压塞液外,一般井替浆量只有5~11m3,注水泥完毕即有一般体积以上水泥浆进入环空,如此少的替浆量,固井根本无法实现紊流顶替。

受设备及井下条件限制,固井时也根本达不到稳流顶替的排量。

提高加密井固井质量的措施与性能要求

提高加密井固井质量的措施与性能要求

提高加密井固井质量的措施与性能要求加密井具有保护地表水和土壤的重要作用,能够有效避免地下水资源受到污染。

为了更好地实现加密井的保护作用,加密井的井固井质量需要得到进一步提高。

本文将重点讨论提高加密井固井井质量的措施和性能要求。

一、提高加密井固井井壁强度加密井井壁强度是影响井固井质量的关键因素之一。

为了提高固井井壁强度,我们应采取以下措施:1、选用优质泥浆进行固井泥浆是固井的重要材料,固井工程中选择优质的泥浆可以大大提高固井井壁强度。

优质泥浆应具有黏度高、密度较大、稳定性好等特点,能够保证固井井壁有足够的支撑力。

2、加强钢筋网的使用钢筋网是在井壁中铺设的一种加强材料,能够增强井壁的整体强度和稳定性。

在井固井施工时,应采用高质量的钢筋网,并在井壁中设置足够数量的加强筋,以提高固井井壁的强度。

3、采用新型水泥加固材料传统的水泥固井材料存在着易龟裂、强度不高等缺点,难以满足现代加密井固井的要求。

现在市场上出现了一些新型的水泥加固材料,能够有效提高固井井壁的强度和耐久性,是提高加密井固井井壁强度的重要手段之一。

二、优化井固井结构设计井固井结构的设计对固井井壁的强度和稳定性有着重要影响。

为了提高加密井固井的质量,我们应该从以下几个方面优化井固井结构的设计:1、增加井壁的厚度井壁的厚度是影响井固井质量的关键参数之一。

增加井壁的厚度可以提高井固井的稳定性和强度,减少塌方和漏水的风险。

在设计井固井结构时应当根据井身的大小、地下水位情况等因素合理确定井壁的厚度。

2、合理设计井底、井口的结构井底、井口的结构对加密井的稳定性和安全性同样具有重要作用。

在井固井设计中,应合理设计井底和井口的结构,使其能够有效支撑井身和井壁,避免井口坍塌和渗漏等安全隐患。

3、考虑井身材料的选择在设计加密井固井结构时,应当考虑用什么材料来建造井身。

传统的井身材料存在质量不好、易断裂、使用寿命短等缺点。

现在市场上有一些优质的井身材料,如玻璃纤维增强塑料等,具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点,能够有效提高加密井固井的质量和耐久性。

水泥胶结质量评价效果分析

水泥胶结质量评价效果分析

水泥胶结质量评价效果分析摘要:双层套管每个界面的固井质量都影响着油气井的正常生产,而常规的固井解释仅评价第一、第二界面的水泥胶结质量,因此根据声幅—变密度测井原理并通过分析各界面不同胶结状况的波形特征,提出了双层套管固井质量评价方法,在实际应用中取得了良好效果。

关键词:双层套管;水泥胶结;固井评价随着油田注采开发时间的推移及一系列增产措施的实施,油水井的井下技术状况逐年变差,部分井因套损严重影响了油井的正常生产。

为了延长老井的使用寿命,近年来的新型固井技术是在原套管内采用全井段或在套损井段以上用悬挂器再下入小套管重新固井,致使双层套管存在2个水泥环和4个界面。

1双层套管各界面及水泥环的确定双层套管存在2个水泥环和4个界面,2个水泥环分别定为:内层水泥环和外层水泥环;4个界面分别定为:第一界面为10.16cm套管与内层水泥环之间的胶结;第二界面为内层水泥环与13.97cm套管之间的胶结;第三界面为13.97cm套管与外层水泥环之间的胶结;第四界面为外层水泥环与地层之间的胶结。

2固井评价应用效果分析2.1第一界面胶结差第一界面胶结差的资料显示特征为CBL数值较高但低于自由套管,SCMT成像胶结图显示内层环形空间基本被水泥充填,但第一界面存在纵向槽道,VDL为较强的套管波显示,在内层套管接箍处出现人字形变化,说明当第一界面胶结差时内层套管与内层水泥环不发生声耦合,仪器接收到的是内层套管滑行波。

在固井评价中,在第一界面胶结差的情况下固井水泥环已起不到对储层之间的封隔作用,其他界面已无再评价的意义。

2.2第一界面胶结好、第二界面胶结差在对大部分双层套管的固井评价中,第一界面胶结好、第二界面胶结差的井段约占70%。

因为水泥凝固受添加剂、候凝时间、温度、压力、污垢等因素的影响,套管内壁可能存在油垢、锈蚀、结盐、结蜡等现象,如果下10.16cm套管前不对原套管内壁进行处理,将会影响水泥与原套管内壁的封固。

2.3第一界面至第二界面胶结中等以上、第三界面胶结差第三界面胶结差,声波的传播途径为内层套管寅内层水泥环寅外层套管。

胶结界面固井质量分析

胶结界面固井质量分析
1 2 封 固 系统 组 成 .
界 面 的研 究 工作 , 为 界 面 胶 结 质量 是 影 响油 气井 认 使 用 寿命 的关键 因素 。 固井界 面封 固失 效 , 降低开 会 发 效益 , 引起 环保 ( 染地 下水 源 ) 安全 ( 污 和 天然 气窜 到 地 面) 的危 害 。深入 开展 固井 界 面 的研 究工 作 , 能 够 透 过新 的 视点 研 究 固 井 胶结 质 量 问题 , 新 性地 创 提 出强化界面胶结强度的途径 , 在相关领域发展新 型 的 工艺 技术 , 对 全 面 提 高 固井 工 程 和 油 水 井堵 这 漏 的界 面胶 结质 量 , 应 油 田开发 的各 种 特殊 要求 , 适 提 高油 气 井使 用 寿命 、 护 油气 层 和提 高开 发 效益 保 有 重要 意义 。 l 固井二界 面定 义及 封 固 系统 组成 的概 述
7 4
内蒙 古石 油化 工
21 年第 1 期 01 9
下 面就 对胶结 界面 质量 的影 响从 微 观因素 和宏 观因 素进行 分析 。
2 1 影响胶 结界 面 固井质 量微 观 因素 .
2 1 1 静 态条 件 下油 井 水 泥胶 结 界 面微 观结 构模 . .

国 内外 的相 关 研究 主要 是从 宏 观上 进 行 , 少 很 见有 关 固井 胶结 界面 微观 结构 特征 与界 面胶结 强度
2 1 年第 1 期 01 9
内蒙 古石 油化 工
7 3
胶 结 界面固井质量分析
胡 达 平
( 庆 钻 探 工 程 公 司 钻 井 四公 司 ) 大
摘 要 : 固井质 量一 直是 石 油勘探 开发 中备 受关 注的 问题 , 油水 井 开采 寿命和勘 探 开发效 益有直 对 接 的影 响 。在 固井工 程 中, 高 固井二 界 面质 量一 直 以来是 个难点 , 提 固井二界 面 问题是 一 个亟待 解决 的 工程难题 。 本文 阐述 了 固井二 界 面封 固 系统 的概念 , 从影 响肢 结界 面 固井质 量微 观 因素 和 宏观 因素 的 角 度 出发 , 析 了各 方 面主要 因素 对 固井二界 面封 固 系统的作 用 或影 响 , 立 了 系统 的静 、 分 建 动状 态 变化模 型 和动 态破 坏模 型 , 析 了固井二 界 面封 固 系统失 效 的危 害性 。 剖 固井二界 面问题 的研 究和 解决 必须要 从 系统 的角度 出发 , 用各 种分 析 方 法 实现 对 固井二 界 面封 固 系统 的整体 固化 胶 结 , 高固井质量 。 采 提 关键 词 : 二界 面封 固 系统 ; 微观 ; 宏观 ; 整体 固化 胶结 ; 泥浆 死 中图分 类号 : TE2 6 5 文献 标识 码 : A 文章 编号 :0 6 7 8 ( 0 1 1 一 O 7 — 0 10- 9 12 1 )9 03 3 越来 越 多 的工 程 实 践 表 明 , 于 石 油 工程 中的 对 固井 涉及 的界 面胶 结 质 量 和 强度 问题 , 仅仅 局 限于 固井 液体 系 等 宏观 因素 的 改 进完 善 是 很 不 够 的 , 要 想 真 正 实现 技术 上 的突 破 , 必 须 开展 胶结 界 面微 就 观 结构 的基 础研究 工 作 。 国内外 已越 来越 重视 固井 就 油气 井 完 井 工程 而 言 , 常把 套 管 与水 泥环 通 之 间 的胶 结面 称为 固井 一界 面 , 把水泥 环与地层 ( 或 外层 套管 ) 间的胶 结 面称 为 固井 二界 面 ( 图 1 。 之 如 )

固井二界面胶结强度影响因素及对策 于连方

固井二界面胶结强度影响因素及对策 于连方

固井二界面胶结强度影响因素及对策于连方摘要:固井二界面的胶结强度对油气井的使用产生较大影响。

由于该界面系统复杂,影响因素多,因此较难控制。

本文主要结合固井第二界面的胶结强度影响因素及改进措施进行分析探析,通过分析影响胶结强度的因素,在此基础之上进行针对性措施改进,可以有效地保证胶结质量,提升油气井的使用效率。

关键词:固井;第二界面;胶结强度1引言油气井的固井工程是钻井工程中的重要步骤,油气井的固井质量关系着油气井的质量和产能。

固井技术是保证油气资源合理开采的关键性技术。

影响固井质量的的关键性因素是第二界面的胶结强度。

在固井进行过程中,第二界面的胶结是一个复杂的工程,如果不能进行有效地保证其胶结质量,可能会导致一系列的质量问题,如发生油气水窜。

因此,必须采取有效的措施保证胶结质量。

本文结合具体的实践经验,对第二界面的胶结强度影响因素进行分析,并在此基础之上,采取针对性措施保证其胶结质量。

2固井第二界面胶结质量的重要性油气井存在两个界面:第一界面和第二界面。

第一界面指的是套管和水泥环或固井液之间的界面;第二界面是指水泥环或套管和滤饼、滤饼和井壁之间的界面。

本文主要针对第二界面进行分析探讨。

第二界面主要有水泥环、滤饼、死泥浆、井壁组成。

第二界面的胶结质量对于油气井的使用寿命和采气和采油的收率有较大的影响。

另外,第二界面的胶结质量也对后续的压裂过程产生影响,胶结质量好,则压裂时油气井的稳定性好,从而压裂效果得到保障。

相反,胶结质量差,则会在油气井使用过程中产生窜流问题,井田中冒气、冒油,影响收率和经济性。

进而,会对井周围的环境产生较大影响。

因此,第二界面的胶结质量十分重要,对油气井的经济性和环保都具有重要的影响作业,必须采取针对性措施保证油气井的二界面胶结质量。

3固井二界面胶结强度影响因素固井二界面系统是一个比较复杂的系统,因此影响其胶结质量的因素较多,主要包括地层条件、井眼形状、钻井液性能、水泥浆液的性能等。

MTC固井液二界面胶结强度实验研究

MTC固井液二界面胶结强度实验研究
HUANG —t 一,B Yu h a He f l U — u n ,TI AN i ,W ANG i e Hu Ru. h
( . ol e fPt l m E gneigi C iaU i r t P t [u ,D nyn 5 0 , h n o gP o ic,C ia: 1 C lg e oe n ie n hn nv s y e o r u r n ei e oem r og ig2 7 6 S a dn rvne hn 1
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20 0 6年 第 3 0巷
第 6期
中 国 石 油 大 学 学报 ( 自然 科 学 版 )
J u n l fC iaUnv riyo erlu o r a o hn iest fP toe m
Vo . 0 No. 13 6 De . 0 6 e2 0
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中圈 分 类 号 : E2 6 7 T 5 . 文献标识码 : A

固井二界面胶结强度影响因素及对策

固井二界面胶结强度影响因素及对策

固井二界面胶结强度影响因素及对策固井注水泥完成后,地层与水泥环、套管与水泥环这两个界面的胶结质量是影响油气井寿命的关键因素。

固井二界面胶结良好有利于在后续增产过程中可以采用更为多样化的措施,从而延长油井的开采年限。

而固井二界面胶结质量差则使得界面的封固系统失效,引发严重的问题——环空窜流。

中国石油历史上最惨痛的“12.23”事件的根本原因就是固井后水泥环受到酸性气体的侵蚀后胶结质量变差,出现了气窜。

注水泥后发生环空窜流的危害巨大,主要可从以下几个方面来认识:(1)窜流的现象之一是井口冒油冒气,这会造成大量油气的散失,使油气产量降低。

(2)井下不同压力层系出现互窜,不仅降低油气采收率,还影响油气田的合理开发。

与此同时,窜流使得增产措施的效果大打折扣,使油气产层得不到合理的开采。

(3)窜流后,套管会遭到地层流体的侵蚀和腐蚀,损坏套管。

(4)地层中上窜的流体可能污染地下水源、天然气等气体可能窜到地面,影响民众的生命安全。

2 固井二界面胶结强度影响因素地层与水泥环的胶结强度受到注水泥封固地层条件、钻井液类型和钻井液在地层形成的滤饼情况、水泥浆自身的性能等因素影响。

明晰这些因素影响界面胶结强度的机理,能够拓宽“提高界面胶结强度”的研究思路。

以下对主要的影响因素进行介绍:2.1 地层特性影响固井第二界面胶结强度的地层特性主要包括了地层岩性、地层渗透率、地层孔隙度、地层压力、地层温度、地层流体状况。

(1)地层渗透率与孔隙度的影响通过室内实验和文献调研得出:水泥与泥岩、砂岩地层的胶结强度与孔隙度与渗透率变化呈反比,即孔隙度、渗透率增大会使得界面胶结强度减小。

原因在于地层的孔隙度和渗透率会影响井下水泥浆失水量的大小,水泥浆在孔隙度高和渗透率大的地层中失水大,使得水泥凝固过程中水化不充分,使得抗压强度与界面胶结强度下降。

(2)地层压力与温度的影响地层温度和地层压力是影响水泥浆体系的性能调节和平衡压力固井的重要施工参数。

MTA方法固井二界面整体固化胶结实验

MTA方法固井二界面整体固化胶结实验

MTA方法固井二界面整体固化胶结实验顾军;秦文政【摘要】基于泥饼仿地成凝饼的科学构想,采用力学性能评价(如胶结强度)、微观结构分析(如X射线粉末衍射分析、热失重分析、环境扫描电子显微镜分析)和流体溶蚀实验等方法对MTA方法固井二界面整体固化胶结进行了实验研究.研究结果表明:随着养护时间的延长,用MTA方法得到的固井二界面胶结强度较目前提高了37.81%~1606.31%;泥饼与水泥浆发生了局部的同步水化硬化反应,且生成了少量的团状水化硅酸钙(CSH(Ⅰ))凝胶和片沸石类凝胶,显示固井二界面整体固化胶结;流体溶蚀实验表明,采用目前方法,养护成型的样品浸泡28 d后,泥饼还原成了浑浊的稀钻井液,而用MTA方法得到的凝饼与水泥硬化体已胶结为一体,且凝饼未被溶蚀,表现为杯内流体仍清澈.这印证了两个事实:一是泥饼仿地成了凝饼.二是固井二界面已整体固化胶结.【期刊名称】《石油勘探与开发》【年(卷),期】2010(037)002【总页数】6页(P226-231)【关键词】固井二界面;泥饼仿地成凝饼(MTA);MTA方法;整体固化胶结;实验证据【作者】顾军;秦文政【作者单位】中国地质大学(武汉)资源学院;中国地质大学(武汉)资源学院【正文语种】中文【中图分类】TE324固井二界面问题是长期困扰石油工程界且亟待解决的一个复杂工程难题,其严重制约了石油天然气勘探开发的效果和效益已是不争的事实[1-4]。

研究表明,流体窜流的通道是固井二界面[5,6],即只要有泥饼存在,不管多薄,水泥环与地层壁面之间都会存在不同程度的剥离而形成微裂缝,导致固井二界面胶结强度下降[7],给被圈闭于地层的流体创造窜流路径[8],因此影响固井二界面封隔失效的主要因素是界面缺陷和强度不足[9],原因是固井二界面不能实现整体固化胶结[10]。

鉴于此,20世纪90年代初泥浆转化为水泥浆技术(简称MTC法)应运而生[11,12],若MTC法与多功能钻井液相结合便可实现固井二界面整体固化胶结。

固井水泥石力学性能研究现状浅析

固井水泥石力学性能研究现状浅析
7 0
西部 探矿工 程
21 00年第 4 期
固井水 泥石 力 学性 能研 究现 状浅 析
汪汉花 , 高莉莉
( 大庆钻探 工程公 司钻 井工程技术研 究 院完井技术研 究所 , 黑龙 江 大庆 131) 643 摘 要: 由于井下工况和后 期生产作 业等使水 泥环受力状 态发生 改变 , 水泥石 除抗压外其 它力学性能
直法 接
持拉伸试验

抗 拉强 度, a MP 采用 圆柱体实 践 , 沿 施加集中载荷 抗 剪 切 强 度 抗 冲 击 韧 件 利用 测 定 水 泥 试 件 在抗 折 试 验 机 上 连 抗 折 强 a
间接法劈裂 强

G导 法 单 ’ 着 圆柱 体 直 径 方 向 B西1 轴 力’ /0 一 T0 压 机 5 0’
压强度 会有较大增 加 ;5其 他条件 相 同, 泥石与地层 () 水 岩石 弹性模 量较 大 时 , 泥 环 和 岩石 能 更 好 地 保 护套 水
管。
直接法
戥 月 日 试 七 L 续均 匀 加 载 条 件 下 度, E J
断裂时的荷载
按试 验 设 定 条 件 制 备试 件, 过垂 向千 通 Ⅺ 一1型携带 斤 顶 加 预 定 的 法 向 抗剪切强 应变公 式剪切仪 应力 , 然后 通过水平 度 , a 式计算 或万能试验机 千斤 顶 分 级 施 加 剪
中 图分类 号 : E 文献标 识码 : 文章 编号 :O 4 51 (0 0O一 O7一 O T 2 A 1 0— 762 1)4 O0 5
1 概述
在 固井施工 中 , 固井水泥浆被 注人套管 与地层之 间
的环空 , 水泥浆要经受井下环境而最终凝固形成具有一

温度对煤层气井固井二界面胶结强度的影响

温度对煤层气井固井二界面胶结强度的影响

温度对煤层气井固井二界面胶结强度的影响秦磊斌;顾军;汤乃千;郝海洋;干品;王帅;王青贵【摘要】固井二界面胶结质量是煤层气井高效开采一个亟待解决的工程难题,温度是影响固井二界面胶结强度的一个重要因素.为此,基于取自沁水盆地HD012井的相关样品,实验评价了温度对固井二界面胶结强度的影响规律,并结合环境扫描电镜(ESEM)方法对比分析了不同温度条件下泥饼的断面特征和孔隙结构特征,进而探讨了温度对固井二界面胶结强度的影响机理.实验结果表明,在无泥饼条件下,固井二界面胶结强度,随温度升高而增大,而在有泥饼条件下,则随温度升高而减小;有泥饼存在时,温度升高,泥饼黏土颗粒结合水膜变薄,粒间作用力减小,泥饼中孔洞增大、增多,导致泥饼渗透性增大,固井二界面胶结强度降低.%The cementation quality of cement-formation interface is an engineering problem to be solved.The temperature is the key factor impacting cement-formation interface cementation strength.Thus,on the basis of related samples from the well HD012 in the Qinshui Basin,tested and assessed impact pattern of temperature on cement-formation interface cementationbined with environmental scanning electron microscopy (ESEM) comparatively analyzed mud cake fracture surface features and pore geometry features,then discussed the impacting mechanism from temperature to cement-formation interface cementation strength.The result has shown that under without mud cake existed condition,cement-formation interface cementation strength increase with the increase of temperature,while under mud cake existed condition,decrease with the increase of temperature.When temperature build-up,mud cake clayparticle bound water film attenuated,interparticle force decrease,and pores in mud cake magnified and increased thus caused mud cake permeability increase and cement-formation interface cementation strength lower down.【期刊名称】《中国煤炭地质》【年(卷),期】2017(029)004【总页数】4页(P48-51)【关键词】固井二界面;胶结强度;温度;泥饼,ESEM分析;影响机理【作者】秦磊斌;顾军;汤乃千;郝海洋;干品;王帅;王青贵【作者单位】中国地质大学(武汉)资源学院武汉430074;中国地质大学(武汉)资源学院武汉430074;中国地质大学(武汉)资源学院武汉430074;中国地质大学(武汉)资源学院武汉430074;中国地质大学(武汉)资源学院武汉430074;中国地质大学(武汉)资源学院武汉430074;中国地质大学(武汉)资源学院武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TE256煤层气是以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于煤层孔隙或溶解于煤层水中的烃类气体,其赋存方式形成了“排水降压”的特殊开发工艺[1-3]。

泥饼厚度对固井二界面胶结强度的影响

泥饼厚度对固井二界面胶结强度的影响

泥饼厚度对固井二界面胶结强度的影响固井是石油采油及煤气开采过程中的关键技术之一,其主要作用是保证井壁的稳定性和井内生产层的有效隔离。

在固井的过程中,胶结是非常重要的一步。

固井套管与地层之间存在接触界面,而胶结是固井二界面形成的关键因素之一。

泥饼厚度对这一胶结强度的影响备受关注。

泥饼是固井过程中用于隔离井壁与地层的一种粘土混合物,主要成分是粘土、水和其他一些添加剂。

泥饼的厚度是固井过程中的一个重要参数,其通过与井壁接触形成胶结,在保证井壁稳定性的同时阻止了井内流体对地层的侵蚀。

因此,泥饼厚度的大小对固井二界面的胶结强度有着重要的影响。

固井二界面的胶结强度是一个重要的技术指标,它对井下工程的稳定性和生产效益都有着至关重要的影响。

数十年的研究表明,固井二界面胶结强度受到多种因素的影响,而泥饼厚度则是其中一种关键因素。

在固井过程中,如果泥饼厚度过大,则会造成很多问题。

由于固井套管与地层存在接触,如果泥饼厚度过大会造成粘结力不足,从而影响固井胶结强度;同时,泥饼厚度过大也会减弱其对井内流体的阻隔作用,从而影响固井的牢固程度。

因此,在实际操作中,泥饼的厚度需要根据实际情况进行控制,以保证胶结强度的最佳效果。

除此之外,泥饼厚度对于固井二界面胶结强度还有着其他方面的影响。

研究表明,泥饼厚度与固井中胶结材料的液态渗透性有着密切的关系,泥饼厚度越大,渗透性就会越小,从而影响胶结材料的硬化程度,进而影响固井二界面胶结强度。

因此,在进行固井作业时,泥饼的厚度需要保证其透渗性和可塑性的平衡,以获得较高的胶结强度。

总之,泥饼厚度对固井二界面胶结强度有着重要的影响。

在固井过程中,泥饼厚度需要控制在合适的范围内,同时需要注意其透渗性和可塑性,以充分发挥泥饼的作用,提升固井二界面胶结强度,从而保证井下安全、高效的生产运行。

实际操作中,泥饼控制的难度在于泥浆的性质、泥饼的形成机制等因素不同造成的泥饼厚度差异,因此需要考虑多种影响因素。

钻井工程固井胶结界面研究现状

钻井工程固井胶结界面研究现状
与水 泥环的抗 剪强 度和突起 的大小 、 分布 有关 , 作用 力较大 , 是
以改 善 套管 和水 泥 之 间的 胶结 力 ; 套管 外表 面 粗糙 化 处理 技 术, 是利用特 质的模具 , 直 接生产 出来具有特 殊螺纹 的套管 , 这 种技术增大 了套管的表面积 , 有利于胶结 力的提升 。
增多; 石 油 作为一 种不 可再 生的能 源 , 开 采量 的增 多将逐 渐增 光滑 , 越 容易形成微 小孔隙 , 使油分 、 气体 、 水 分互窜 , 影 响固井 大对开 采技术 的需求 。就 当前现 状而言 , 油 田开采的 重心逐渐 的 质量 。另外 , 套管本 身的抗 压性 能和抗 腐蚀 性能 , 同样会 对
转移 到 中小油 田和开 采难 度较 大的 油 田 , 如 老油 田 、 深井 高温 固井 质量 产生影响 。 油 田等 , 面 对这些 高难 度油 田 , 传 统的开 采技 术 已经无法 满足 1 . 2 . 2胶结 力提升方 法 生产 的需 要 , 热采技 术 、 压裂技 术、 射 孔技术 、 酸化技 术 、 高压注 根 据胶 结 力影 响 因素 , 采 取相应 的措 施可 提升 胶结 力 , 从
水技术 等一 系列 增产技 术开始大 量使用 , 这就 对 固井技 术提 出 而提 高 固井的 质量 。 由于 地 质条件 为客观 因素 , 无法改 变 , 因 了更 高 的要 求 , 而 固井 双界 面 胶结 问题 由此 得到 了广 泛 的关 此 以下 将对可控 因素进行 简要说明 。 首先, 钻井液 方面 。向钻 井液 中添 加高炉矿 渣或其 他水化 注。 材 料后 , 形 成的 多功 能钻 井液提 高 了固井成 功率 , 并 且还 节省 1固井胶结面研究现状 了工程成 本 , 减 少 了钻井液 的排 放 , 减轻 了石 油开采 对环 境 的 1 . 1固井胶结面研究分析

浅谈固井水泥胶结第二界面测井评价的难题和对策

浅谈固井水泥胶结第二界面测井评价的难题和对策

浅谈固井水泥胶结第二界面测井评价的难题和对策作者:黄国光来源:《中小企业管理与科技·中旬刊》2015年第08期摘要:固井质量直接关系到油气井寿命、油气井产能和勘探开发的总体效益。

笔者从目前最广泛的利用声幅曲线评价水泥胶结第一界面存在的问题出发,提出评价第二界面的必要性,初探几种可行的方法和对策。

关键词:固井质量;水泥胶结;第二界面;快速地层;扇区水泥胶结0 引言固井质量直接关系到油气井寿命、油气井产能和勘探开发的总体效益。

固井后的水泥胶结质量评价举足轻重,方法有声幅、声幅变密度,利用扇区水泥胶结评价原理有阿特拉斯、康普乐、威德福各自的SBT测井,Tek-co的RIB测井、Sondex的RBT测井;利用超声波和声阻抗原理有哈里伯顿的CAST-V井周声波扫描成像测井、斯伦贝谢的CET超声波水泥评价测井和IBC套后成像测井等,俄罗斯生产的声波-伽马密度组合测井等。

值得一提的是,声幅变密度测井是目前国内最具性价比、最广泛使用的方法。

但是在利用声幅变密度资料上面,一般把变密度仅仅作为检验声幅曲线的用途,拿来评价胶结质量的只用到声幅曲线。

声幅测井开始于20世纪60年代,它的优点和缺点都很明显。

优点是低成本、仪器简单易用、曲线量化直观容易。

缺点是声幅测井响应是径向的平均响应,不能准确分辨径向窜槽和纵向窜槽,最大的缺陷就是无法评价第二界面。

1 用声幅测井评价水泥胶结质量存在的问题测井技术得到很大的发展,特别是最古老的声幅测井仍有大量的市场,不夸张地说,声幅测井也是目前最滥用的方法之一。

1.1 声幅测井数据采集的影响因素声幅的评价从源头数据就先天不足,采集的数据受干扰大,后期解释时不加以甄别,就会错误判断。

对声幅测井施工的影响因素有很多,主要有以下几个方面:①仪器偏心导致声波幅度测值偏低。

实验表明,偏心距为0.25in时,声幅幅度比完全居中时下降50%;偏心1in时,声幅幅度比居中时下降75%。

②快速地层叠加掩盖。

钻井工程固井胶结界面探究思考

钻井工程固井胶结界面探究思考

钻井工程固井胶结界面探究思考发布时间:2022-01-24T02:27:23.938Z 来源:《中国科技人才》2021年第30期作者:张士明[导读] 钻井工程在操作实施过程当中,最具有核心效益的施工环节为固井操作,固井的操作质量直接在根本上影响着最终石油开采的质量,在原始石油开采过程当中,需要操控多种施工环节以此来确认最终的石油开采标准,因此,固井的操作对于石油开采来说具有特殊化意义。

我国相关部门已经在固井胶结面方面的研究投入了大量的人力和物力,通过实践的启发,从根本上提升固井操作的质量,以此提升石油的开采质量。

大庆钻探工程公司钻井生产技术服务二公司固井分公司 138000摘要:钻井工程在操作实施过程当中,最具有核心效益的施工环节为固井操作,固井的操作质量直接在根本上影响着最终石油开采的质量,在原始石油开采过程当中,需要操控多种施工环节以此来确认最终的石油开采标准,因此,固井的操作对于石油开采来说具有特殊化意义。

我国相关部门已经在固井胶结面方面的研究投入了大量的人力和物力,通过实践的启发,从根本上提升固井操作的质量,以此提升石油的开采质量。

关键词:钻井工程;胶结面;固井;施工工艺随着我国经济能力以及工业发展的稳健提升,我国对于石油的开采需求量逐渐增多,但石油本身属于不可再生资源,因此,在进行开采过程当中需从根本上保证其开采的质量因素,提升其整体的应用效率。

并且相关开采技术也需要完成一定的技能提升,以此来保证整体的开采质量,如若仅仅依附于传统开采方法,其本身的应用技巧无法适应当下的开采标准,不仅造成原有石油的浪费,还会导致施工效率出现负面影响操控。

在传统石油开采过程当中,大多选择难度较小的油田进行开采,并且其本身的石油含量具有多数范围,但为了维持不可再生资源的含量比例,在当下进行石油开采过程当中,大多选择难度较高,且开采效率偏大的油田,例如,深井高温油田等类型,当对此类油田予以开采过程当中,使用传统的开采手段,已经不能满足其完成高难度的石油提取,因此,需要对整体技术以及相应设备进行技能改良,例如,引进压裂技术、射孔技术、热采技术、融化技术等,在实际开采过程当中,不仅仅需要对其整体的操控技术予以改良,还要根据不同的开采要求对其施工程序予以不同程度的改良。

井下复杂温度条件对固井界面胶结强度的影响

井下复杂温度条件对固井界面胶结强度的影响

第31卷 第5期2010年9月石油学报A CT A PETROLEI SINICAV o l.31Sept.N o.52010基金项目:国家高技术研究发展计划(863)项目(2006AA 09Z 340)资助。

作者简介:郭辛阳,男,1983年9月生,2006年毕业于中国石油大学(华东),现为该校在读博士研究生,主要从事固井完井技术方面的研究。

E -mail:gdayang @文章编号:0253O 2697(2010)05-0834O 04井下复杂温度条件对固井界面胶结强度的影响郭辛阳 步玉环 沈忠厚 李 娟 王成文 柳华杰(中国石油大学石油工程学院 山东青岛 266555)摘要:针对复杂多变的井下温度影响固井界面胶结强度的问题,利用自主研制的界面胶结强度测试仪,在恒温或交替变温的条件下,对3类水泥浆体系和5种不同岩性岩心所形成的封固系统进行了第一与第二界面胶结强度的实验研究。

结果表明,水泥浆凝固过程中,一界面胶结强度在室温到75e 范围内基本不受温度变化的影响;水泥浆凝固后,温度变化会使界面胶结强度显著降低,且降低幅度随温差和温度变化次数的增大而增大;水泥石弹性模量越小,一界面胶结强度随温度变化的降低幅度就越小;二界面胶结强度随温度变化的降低程度取决于水泥石的热膨胀和机械性能,与岩心性能越相近,胶结强度降低幅度越小。

关键词:固井;水泥浆;井下温度;封固系统;界面胶结强度;实验中图分类号:T E 256 文献标识码:AThe effect of downhole complex temperature conditions on theinterfacial bonding strength in cementingGU O Xinyang BU Yuhuan SH EN Zhonghou LI Juan WANG Cheng w en LIU H uajie(College of Petr oleum Engineer ing ,China Univ er sity of P etr oleum,Qing dao 266555,China)Abstract :T he effect of do wnhole var iable temper atures on the interfacial bonding strengt h is commo nly encountered in w ell cemen -t ing.With the aid o f a self -made inter facial bonding str eng th test dev ice,the present ex per iment inv est igated the bonding str eng th o f casing -cement and cement -fo rmation interfaces in an isolation sy stem composed of t hr ee ty pes o f cement slurr y and fiv e cor es w ith differ ent litho log y at constant temperatures or alternately changed temper atur es.T he r esults show ed that during the curing period o f cement slurr y,the effect o f temperatures from ambience to 75e on t he bo nding str eng th o f the casing -cement int er face w as negl-i g ible,after concretion,the interfacial bonding strength decr eased sig nificant ly w ith the var iation o f temper atures,and the reduction ex tent increased w ith the incr ease of the temper ature differ ence or the number of temperature var iatio ns.T he less the elast ic modulus of set cement,the smaller t he r eduction ex tent of the bonding streng th of the casing -cement interface w ith temperature var iatio ns.Ho wever ,the decr ease o f the bonding str eng th of the cement -fo rmatio n interface depended upo n thermal ex pansion and mechanical pr operties of set cement.T he mo re similar the pr operty betw een set cement and co res,the smaller the r eduction ext ent of the bo nd -ing strength o f the cement -for mat ion interface.Key words :cementing;cement slur ry ;dow nhole temper ature;iso lation system;inter facial bonding streng th;ex per iment固井封固系统封隔性能的好坏直接影响勘探开发的整体效益。

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㊀第47卷第2期煤炭科学技术Vol 47㊀No 2㊀㊀2019年2月CoalScienceandTechnology㊀Feb.2019㊀移动扫码阅读王㊀力ꎬ郑㊀飞ꎬ孙晗森ꎬ等.煤储层固井胶结强度性能及改善方法研究[J].煤炭科学技术ꎬ2019ꎬ47(2):59-64.doi:10 13199/j cnki cst 2019 02 010WANGLiꎬZHENGFeiꎬSUNHansenꎬetal Studyonbondingstrengthperformancesandimprovedmethodofcoalbedmethanewellcementationincoalreservoir[J] CoalScienceandTechnologyꎬ2019ꎬ47(2):59-64.doi:10 13199/j cnki cst 2019 02 010煤储层固井胶结强度性能及改善方法研究王㊀力1ꎬ郑㊀飞2ꎬ孙晗森1ꎬ马洪涛1ꎬ王德桂1ꎬ王成文2(1.中联煤层气有限责任公司研究中心北京㊀100011ꎻ2.中国石油大学(华东)石油工程学院ꎬ山东青岛㊀266580)摘㊀要:为了解决煤岩表面亲水润湿性差导致的煤层段固井质量差的难题ꎬ优选了不同类型的表面活性剂和硅烷偶联剂作为煤体表面润湿改性剂ꎬ试验研究了对煤体表面的润湿改性对界面胶结强度等改善效果ꎬ并测试评价了对水泥浆流变性能㊁凝结时间㊁抗压强度等影响规律ꎮ研究结果表明:表面活性剂㊁硅烷偶联剂均可有效改善煤体表面亲水润湿性ꎻ但硅烷偶联剂却不会提高煤层界面胶结强度ꎬ其原因是硅烷偶联剂水解产生Si-OH基团吸附在水泥颗粒表面形成包裹层ꎬ阻止水泥与水进一步接触ꎬ对水泥有较强的缓凝副作用ꎬ不利于煤层界面胶结ꎻ含醚㊁硫酸根的阴表面活性剂对水泥没有缓凝副作用ꎬ与水泥浆相容性好ꎬ能够显著提高煤层界面胶结强度达1.71MPaꎬ其最优浓度为0.3%ꎮ关键词:煤层气井ꎻ润湿性ꎻ界面胶结强度ꎻ表面活性剂ꎻ硅烷偶联剂中图分类号:TD313㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:0253-2336(2019)02-0059-06StudyonbondingstrengthperformancesandimprovedmethodofcoalbedmethanewellcementationincoalreservoirWANGLi1ꎬZHENGFei2ꎬSUNHansen1ꎬMAHongtao1ꎬWANGDegui1ꎬWANGChengwen2(1 ResearchCenterꎬChinaUnitedCoalbedMethaneCompanyLimitedꎬBeijing㊀100011ꎬChinaꎻ2 SchoolofPetroleumEngineeringꎬChinaUniversityofPetroleum-EastChinaꎬQingdao㊀266580ꎬChina)Abstract:Inordertosolvetheproblemsofpoorwellcementationqualityattheseamsectioncausedbythepoorhydrophilicwettabilityofcoalsurfaceꎬdifferenttypesurfactantsandsilanecouplingagentswereoptimizedasthewettabilitymodifierofcoalsurface.Thewettabilitymodificationꎬinterfacebondingstrengthandotherimprovedeffectsofcoalsurfaceweretestedandstudied.Thetestevaluationwasconduc ̄tedontherheologicalperformanceꎬsettingtimeꎬcompressivestrengthandotherinfluencelawofthecementslurrywithwettabilitymodifer.Thestudyresultsshowedthatthesurfactantandsilanecouplingagentbothcouldeffectivelyimprovethehydrophilicwettabilityofcoalsur ̄faceꎬbutthesilanecouplingagentcouldnotimprovetheinterfacebondingstrengthofthecoal.Becausethehydrolysisofthesilanecou ̄plingagentwouldproducetheSi-OHgroupsꎬwhichcouldadsorbonthecementparticalsurfacestoformthewrappinglayerꎬandstoppingthefurthercontractbetweenthecementandwaterꎬthesilanecouplingagentswouldhaveahighretardereffectandwouldnotbefavorabletotheinterfacebondingoftheseam.Theanionicsurfactantwiththeetherandsulfatewouldhavenoretardersideeffecttothecementꎬandagoodcompatibilitywiththecementslurry.Sothattheanionicsurfactantcouldobviouslyimprovetheinterfacebondingstrength(1.71MPa)oftheseamandtheoptimumconcentrationofsurfactantwasoptimizedas0.3%.Keywords:coalbedmethanewellꎻwettabilityꎻinterfacebondingstrengthꎻsurfactantꎻsilanecouplingagent收稿日期:2018-09-11ꎻ责任编辑:曾康生基金项目:国家科技重大专项资助项目(2016ZX05044)作者简介:王㊀力(1969 )ꎬ男ꎬ吉林榆树人ꎬ高级工程师ꎮ通讯作者:王成文(1975 )ꎬ男ꎬ四川广安人ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎮE-mail:wangcw@upc.edu.cn0㊀引㊀㊀言煤层气俗称瓦斯ꎬ主要成分是甲烷[1]ꎬ是以吸附状态赋存于煤层中的非常规天然气ꎬ是煤的伴生矿产资源[2]ꎮ煤层气是近几十年在世界上崛起的新型能源[3]ꎬ是优质洁净能源和化工原料ꎬ是21世纪重要的接替能源[4-5]ꎮ煤层气的合理开发意义重大ꎬ可以改善我国能源结构ꎬ对能源进行有效补充[6]ꎻ还可以提高煤矿开采的安全性[7-8]ꎻ改善生态环境ꎬ节约能源[9-10]ꎮ我国煤层气资源丰富ꎬ位居世952019年第2期煤炭科学技术第47卷界第3位[11-12]ꎮ其中滇东黔西是我国西南地区具有代表性的含煤盆地ꎬ区内煤层气资源占全国煤层气资源总量的13%ꎬ具有良好的勘探开发潜力ꎮ该地区煤层多㊁煤层总厚度大㊁煤层割理和内生裂隙发育ꎬ煤层气井固井不仅面临着巨大的漏失风险[13-14]ꎬ还存在固井胶结质量差等问题ꎬ导致煤岩-水泥石界面封固效果不佳㊁固井质量较差ꎬ严重影响煤层气资源的后续开发ꎮ目前主要采用低/超低密度水泥浆㊁泡沫水泥浆㊁双级固井等工程技术解决煤层气井固井漏失难题ꎬ未考虑煤岩自身表面亲水润湿性差的特点对固井胶结质量的影响[15-16]ꎮ煤岩主要成分为有机物ꎬ基本单元是以缩合芳环为主体的有机高分子ꎬ并且存在着光滑的割理面ꎬ因此煤岩的表面亲水性较差ꎬ从而导致煤岩与水泥浆之间的胶结强度较低[16]ꎮ较低的煤岩-水泥石胶结强度会造成煤层气井固井二界面更易破坏失效ꎬ降低固井质量[17]ꎮ笔者在煤岩的组成元素㊁微观结构和表面润湿性研究的基础上ꎬ通过室内试验ꎬ研究了不同类型的硅烷偶联剂㊁表面活性剂对煤岩表面的润湿改性㊁煤岩-水泥石界面胶结强度等改善效果ꎬ测试评价了对水泥浆流变性能㊁凝结时间㊁抗压强度等影响规律ꎬ得出适合于本研究的表面改性剂类型ꎬ为现场提高煤岩胶结强度提供了理论指导ꎮ1㊀试验材料试验煤岩取自滇东黔西松河矿区12煤㊁红果矿区3煤ꎻ煤心规格2.5cmˑ5.0cmꎮ试验选用4种表面活性剂:2种甜菜碱类两性离子表面活性剂(分别标记为1号㊁2号表面活性剂)㊁烷醇酰胺型非离子型表面活性(标记为3号表面活性剂)㊁含醚㊁硫酸根的阴表面活性剂(标记为4号表面活性剂)ꎻ4种硅烷偶联剂:乙烯基三乙氧基硅烷(A151)㊁乙烯基三甲氧基硅烷(A171)㊁3-(2-氨乙基)氨丙基甲基二甲氧基硅烷(KH602)㊁N-β(氨基乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH792)ꎮ2㊀煤岩元素组成及润湿性分析煤岩表面由无机物与有机物复杂结合ꎬ有机质由带不同极性官能团的小的㊁成簇状的芳香单元组成ꎬ大多亲水性较差ꎮ选取滇东黔西松河12煤和红果矿区3煤煤岩进行元素分析ꎬ结果见表1ꎮ由表中数据可知ꎬ煤岩的组成元素中C元素含量最多ꎬ超过90%ꎬO元素含量次之ꎬ接近4%ꎬ其他元素含量较少ꎬ说明煤岩以C㊁O元素为主ꎬ有机质含量高ꎮ通过扫描电子显微镜对煤岩微观结构进行观察分析ꎬ结果如图1所示ꎮ表1㊀煤岩元素分析Table1㊀Elementcompositionsofcoalsamples煤层元素含量/%COAlSiFeSCaNaClP松河12煤92.3933.7291.2601.0300.4190.3600.2300.2120.1840.053红果3煤92.3813.7431.2511.0390.4100.3670.2310.2060.1860.056图1㊀煤体的微观结构SEM图Fig.1㊀Scanningelectronmicroscope(SEM)photographsofcoalsamples㊀㊀从图1可知ꎬ煤岩孔隙以孔洞和裂缝为主ꎬ基质较致密ꎬ存在光滑节理面ꎬ不利于与水泥石之间的有效胶结ꎮ选取图1中煤岩表面A和B两处微小区域进行能谱分析ꎬ结果如图2㊁图3所示ꎮ图2㊀松河12煤煤样能谱分析Fig.2㊀EnergyspectrumanalysisofNo.12coalsampleinSonghe㊀㊀由结果可以看出ꎬ碳和氧元素是煤岩的主要组成元素ꎬ进一步说明了煤岩有机质含量高ꎮ用清水对未经处理的煤岩原样进行滴定ꎬ测量清水在煤岩表面的接触角ꎬ结果见表2ꎮ由试验照片和表中数据可知ꎬ煤原样表面的润湿角θ为94.15ʎꎬ可见亲水润湿性差ꎮ清水浸泡7d后煤岩表面接触角为94.56ʎꎬ亲水性较差ꎬ说明煤层气井现场清水钻井工艺对煤层没有润湿改性效果ꎮ综合以上06王㊀力等:煤储层固井胶结强度性能及改善方法研究2019年第2期图3㊀红果3煤煤样能谱分析Fig.3㊀EnergyspectrumanalysisofNo.3coalsampleinHongguo试验结果ꎬ煤岩表面亲水性差ꎬ需要通过表面改性剂处理来提高其亲水性能ꎮ表2㊀煤样表面润湿角测定Table2㊀Surfacewettingangleofwatercoalsample煤样原样浸泡7d试验照片θ/(ʎ)94.1594.563㊀煤层固井胶结强度改善效果测试3.1㊀表面改性剂浸泡对煤岩表面润湿性影响表面活性剂㊁硅烷偶联剂是最常用的表面润湿改性剂ꎮ表面活性剂分子中的疏水基团吸附在煤岩表面ꎬ使亲水基团露在外面ꎬ从而改善煤岩表面的亲水润湿性ꎻ硅烷偶联剂分子具有两性结构ꎬ一部分基团具有亲无机质的性质ꎬ另一部分基团具有亲有机质的性质ꎬ从而使有机质含量高的煤岩表面亲水润湿性得到改善ꎮ测试了不同表面改性剂溶液对煤岩润湿性的影响ꎮ取8块煤心分别在浓度为1%的表面改性剂溶液中浸泡24hꎬ用清水滴定ꎬ采用德国DSA100仪器测量清水在煤心表面的接触角ꎬ结果见表3ꎮ可以看出ꎬ水滴在煤心表面的接触角与煤原样相比降低明显ꎬ说明所选表面改性剂均能改善煤心表面润湿性ꎬ使亲水性增强ꎮ经对比ꎬ表面活性剂改善煤心亲水润湿性效果较好ꎬ水滴在煤样表面较为铺展ꎬ其中4号表面活性剂效果最好ꎻ4种硅烷偶联剂均能降低煤岩表面接触角ꎬ但接触角明显高于表面活性剂浸泡后的煤心接触角ꎬ相比而言润湿性改善效果较差ꎮ3.2㊀表面改性剂浸泡对煤岩胶结强度影响按标准GB/T19139 2003«油井水泥试验方法»制备水泥浆并倒入胶结强度测试模具ꎬ将在不同表面改性剂中浸泡24h的煤心置于模具底部中间模拟煤层ꎬ密封模具并放入75ħ水浴养护箱中养护48hꎬ通过NYL-300型压力试验机测试煤岩-水泥石界面胶结强度[18-21]ꎬ结果见表4ꎬ其中煤原样和清水浸泡的煤岩-水泥石界面胶结强度分别为1.13MPa和0.95MPaꎮ从表4可以看出ꎬ清水浸泡后的煤岩-水泥石界面胶结强度0.95MPa比煤原样1.13MPa低ꎬ说明煤层气井清水钻井工艺会导致固井胶结质量下降ꎮ表面活性剂处理后的煤岩-水泥石界面胶结强度较煤原样均有提高ꎬ且胶结强度随浓度增大而增大ꎬ呈现先快后慢㊁逐渐达到平缓的趋势ꎬ说明表面活性剂在煤岩表面吸附逐渐达到饱和ꎮ达到稳定后ꎬ4号表面活性剂浸泡后的煤岩-水泥石界面胶结强度最高1.71MPaꎬ且最快达到吸附饱和(浓度为0.3%)ꎬ因此在选用的表面活性剂当中4号表面活性剂提高胶结性能最好ꎮ4种硅烷偶联剂中ꎬ除浓度超过5%的KH602浸泡后的煤岩-水泥石界面胶结强度较煤原样有所提高外ꎬA151㊁A171和KH792均使胶结强度有所降低ꎮ其原因是硅烷偶联剂水解产生的Si-OH基团通过致密吸附将水泥颗粒紧密包裹ꎬ阻止水泥与水的进一步接触ꎬ降低了水泥的水化反应速度ꎬ使凝结时间延长ꎬ从而降低界面胶结强度ꎮ162019年第2期煤炭科学技术第47卷3.3㊀表面改性剂对水泥浆凝结时间影响水泥浆配浆过程中ꎬ水泥与水混合并发生化学反应ꎬ水泥浆逐渐由液态变为固态ꎬ形成具有一定强度的水泥石ꎮ注水泥作业要求水泥浆的凝结时间和流变性满足相应要求ꎬ以保证水泥浆从混拌开始ꎬ至沿套管到达井底㊁而后由环空返至预定的高度ꎬ同时要求凝结形成的水泥石具有一定的抗压强度ꎮ配制一定浓度的表面改性剂水溶液250gꎬ与水泥按水灰比0.5配浆ꎬ按标准GB/T19139 2003«油井水泥试验方法»制备水泥浆ꎬ在室温20ħ下水解10minꎬ测量添加有不同表面改性剂的水泥浆凝结时间ꎬ结果见表5ꎮ经测试ꎬ清水配制的水泥浆在20ħ下的凝结时间为13hꎮ分析表5可知ꎬ凝结时间随表面活性剂浓度增加而有少量增加并逐渐趋于稳定ꎬ整体延迟较小ꎻ凝结时间随硅烷偶联剂变化趋势与表面活性剂一致ꎬ但延迟程度较大ꎬ从而影响水泥浆强度上升ꎬ导致第2胶结面强度较低ꎮ3.4㊀表面改性剂对水泥浆流变性能影响水泥浆制备方法同上ꎬ通过ZNN-D6型旋转黏度计测量不同浓度表面改性剂对水泥浆流变参数影响ꎬ结果见表6ꎮ26王㊀力等:煤储层固井胶结强度性能及改善方法研究2019年第2期㊀㊀可以看出ꎬ与清水配制的水泥浆相比ꎬ添加表面改性剂配浆的水泥浆流性指数n和稠度系数K均变化不大ꎮ随着浓度上升ꎬ不同种类表面改性剂配制的水泥浆稠度系数K逐渐增大ꎬ4种表面活性剂的稠度系数K变化最小ꎬ对水泥浆流变性影响最小ꎬ其中以4号表面活性剂效果最好ꎻ4种硅烷偶联剂对水泥浆流变性影响较大ꎬ使水泥浆稠度增加较为明显ꎮ3.5㊀表面改性剂对水泥石抗压强度影响测试选用表面改性剂对水泥浆凝结时间和流变性影响较小的浓度(0.3%表面致性剂㊁3%硅烷偶联剂)ꎬ配制该浓度的表面改性剂溶液ꎬ以相同方法制备水泥浆ꎬ将水泥石在室温20ħ下分别养护24㊁48和72h后ꎬ通过NYL-300型压力试验机测试水泥石的抗压强度ꎬ结果如图4所示ꎮ由图中可以看出ꎬ随养护时间增加ꎬ水泥石抗压强度增加ꎻ4种表面活性剂均使水泥石抗压强度有一定提高ꎬ其中4号表面活性剂提高抗压强度最多ꎬ4种硅烷偶联剂均使水泥石抗压强度下降明显ꎬ从而对固井质量造成不利影响ꎮ图4㊀表面改性剂对水泥石抗压强度影响Fig.4㊀Compressionstrengthofcementwithdifferentwettabilitymalifers综合以上试验结果分析可得ꎬ4种硅烷偶联剂提高煤岩胶结强度效果不明显ꎬ且对水泥浆凝结时间延迟较大ꎬ降低水泥浆流变性和抗压强度ꎬ不适合应用于现场固井作业ꎻ4号表面活性剂提高煤岩胶结强度效果最好ꎬ对水泥浆凝结时间㊁流变参数影响较小ꎬ可提高抗压强度ꎬ且最优浓度(0.3%)较小ꎬ可有效降低成本ꎬ适合于现场固井作业ꎮ4㊀结㊀㊀论1)滇东黔西煤样主要含C㊁O元素ꎬ煤岩有机质含量高ꎬ表面存在着光滑的节理面ꎬ煤样表面对清水的润湿角为94.15ʎꎬ难润湿于水ꎮ即使在清水中浸泡7d后ꎬ煤样表面对水的润湿性仍较差ꎬ需要对煤样表面进行亲水润湿改性ꎬ以提高煤层与水泥石的界面胶结强度ꎮ2)表面活性剂㊁硅烷偶联剂均可有效改善煤岩表面亲水润湿性ꎬ但硅烷偶联剂不能提高煤层界面胶结强度ꎬ原因在于其水解产生的Si-OH基团通过致密吸附将水泥颗粒紧密包裹ꎬ阻止水泥与水的进一步接触ꎬ降低了水泥的水化反应速度ꎬ使凝结时间延长ꎬ从而降低界面胶结强度ꎮ3)表面活性剂可有效提高煤岩界面胶结强度ꎬ表面活性剂对水泥浆凝结时间㊁流变性影响较小ꎬ可提高水泥石抗压强度ꎻ硅烷偶联剂对水泥浆凝结时间延迟较大ꎬ对水泥浆流变性和水泥石抗压强度均有所降低ꎮ其中含醚㊁硫酸根的阴表面活性剂4号效果最好(1.71MPa)ꎬ其最优浓度为0.3%ꎬ且工艺简单ꎬ成本低廉ꎬ适合于现场固井作业ꎬ具有较好的应用前景ꎮ参考文献(References):[1]㊀孟召平ꎬ刘翠丽ꎬ纪懿明.煤层气/页岩气开发地质条件及其对比分析[J].煤炭学报ꎬ2013ꎬ38(5):728-736.MENGZhaopingꎬLIUCuiliꎬJIYiming.Geologicalconditionsofcoalbedmethaneandshalegasexploitationandtheircomparisona 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