SFP弹韧性水泥浆体系在页岩气井中的应用

页岩气水平井油基泥浆体系的研究及应用一、本文概述随着全球能源需求的日益增长，页岩气作为一种清洁、高效的能源，其开发利用受到了广泛关注。

在页岩气勘探开发过程中，水平井技术因其能提高单井产量、降低开发成本等优点而被广泛应用。

水平井钻井过程中，油基泥浆体系的选择和应用对钻井效果具有重要影响。

本文旨在深入研究页岩气水平井油基泥浆体系，探讨其性能特点、优化配方以及在实际应用中的效果，以期为页岩气水平井的高效钻探提供理论支持和实践指导。

本文首先介绍了页岩气水平井钻井技术的特点及其对油基泥浆体系的要求，然后详细分析了油基泥浆体系的组成、性能评价方法及其在页岩气水平井中的应用情况。

在此基础上，通过室内实验和现场应用案例，研究了不同油基泥浆体系的性能差异及其对钻井效果的影响。

本文总结了油基泥浆体系在页岩气水平井中的优化应用策略，并展望了未来的研究方向。

通过本文的研究，旨在提高页岩气水平井钻探效率，降低钻井成本，为页岩气资源的可持续开发利用提供有力支持。

本文的研究成果也可为其他类似地质条件下的油气勘探开发提供参考和借鉴。

二、油基泥浆体系基本原理油基泥浆体系是一种在页岩气水平井钻井过程中广泛应用的钻井液体系。

其基本原理在于利用油类作为连续相，通过添加各种处理剂来调整泥浆的性能，以满足钻井过程中的各种需求。

油基泥浆相较于传统的水基泥浆，具有更好的润滑性、更低的摩擦系数以及更佳的防塌效果，因此在处理复杂地层，特别是页岩地层时表现出显著的优势。

油基泥浆的润滑性主要来源于油类本身的低摩擦系数，这可以有效降低钻头与井壁之间的摩擦，减少钻头磨损，提高钻头的使用寿命。

油基泥浆还具有较好的封堵能力，能够在井壁上形成一层薄而坚韧的泥饼，有效防止地层坍塌和井径扩大。

除了润滑性和封堵能力，油基泥浆还具备优良的携岩能力和热稳定性。

携岩能力是指泥浆能够将钻屑有效地携带到地面，防止钻屑在井底堆积，保持井眼清洁。

热稳定性则是指泥浆在高温环境下能够保持稳定的性能，避免因温度变化导致泥浆性能劣化。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910113067.9(22)申请日 2019.02.13(71)申请人 中石化石油工程技术服务有限公司地址 100029 北京市朝阳区惠新东街甲6号第12层申请人 中石化江汉石油工程有限公司　中石化江汉石油工程有限公司页岩气开采技术服务公司(72)发明人 张良万　彭小平　何吉标　刘俊君　屈勇　张家瑞　卞江　(74)专利代理机构 湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102代理人 朱宏伟　胡建平(51)Int.Cl.C04B 28/02(2006.01)C09K 8/493(2006.01)(54)发明名称一种适合页岩气水平井大型分段压裂用的固井水泥浆体系(57)摘要本发明涉及一种适合页岩气水平井大型分段压裂用的固井水泥浆体系，其包括以下重量份计的原料：油井水泥100份，淡水43-46份，弹韧剂2-4份，防窜剂1-2份，降失水剂1-3份，分散剂0.4-0.6份，膨胀剂1-1.5份，缓凝剂0.5-2.0份，消泡剂0.1-0.5份，所述弹韧剂为比表面积≥7m 2/g、体积压缩率≥5％的橡胶纤维或所述橡胶纤维与橡胶颗粒的混合物。

本发明所述固井水泥浆体系的稠化防窜性能、弹韧性等综合性能优异可在水泥环承受分段压裂交变载荷作用下有效实现水泥环与套管的同步变形，保证页岩气水平井在后期储层改造和试气生产作业过程中的井筒密封长期完整性，有效预防套管环空带压现象的出现，为页岩气水平井长期生产和大规模压裂提供有效保证。

权利要求书1页 说明书5页 附图3页CN 109761547 A 2019.05.17C N 109761547A权　利　要　求　书1/1页CN 109761547 A1.一种适合页岩气水平井大型分段压裂用的固井水泥浆体系，包括以下重量份计的原料：油井水泥100份，淡水43-46份，弹韧剂2-4份，防窜剂1-2份，降失水剂1-3份，分散剂0.4-0.6份，膨胀剂1-1.5份，缓凝剂0.5-2.0份，消泡剂0.1-0.5份；所述弹韧剂为比表面积≥7m2/g、体积压缩率≥5%的橡胶纤维或所述橡胶纤维与橡胶颗粒的混合物。

页岩气水平井固井技术研究进展页岩气水平井固井技术研究进展随着能源需求的日益增长，页岩气逐渐成为了替代传统石油天然气的重要资源。

水平井作为主要的生产工具，其固井技术成为了页岩气开发中的重要问题。

近年来，国内外学者针对页岩气水平井固井技术进行了研究，本文就其研究进展进行了综述。

一、水泥固井技术水泥固井是目前水平井固井技术的主流方案，其通过注入水泥浆将套管与井壁固定，防止井壁侵蚀和漏失油气。

然而，页岩气水平井中存在的大量细小裂缝会导致水泥浆的染浸，影响其固结力，并产生裂缝，从而使油气渗漏。

因此，国内外学者在水泥固井领域的研究主要围绕水泥改性与水泥浆稳定性。

其中，P. L. Dürig等(2015)提出了一种纳米级碳酸钙在水泥胶凝体中的应用，该技术能够形成更致密、更均匀的水泥固结体，并使固井力度提高60%以上。

另外，A. C. Boivie等(2018)研究了不同温度下水泥胶凝体的强度和耐久性，发现在较高温度下固井效果更佳。

同时，X. Chen等(2019)通过添加聚丙烯酰胺( PAA)改善了水泥浆体的流动性，并提高了固井效果。

二、环氧树脂固井技术除了传统的水泥的固井技术，针对页岩气开发中水泥固井存在的问题，环氧树脂固井技术被提出。

与水泥固井相比，环氧树脂具有更高的渗透性和粘附性，可以更好地填补井壁的裂缝和孔隙。

因此，为了提高环氧树脂固井的效果，国内外学者进行了一系列相关研究。

其中，B. Li等(2016)研究了环氧树脂固井的最佳浓度、固化时间和接触时间，提高了固井效果并减少了漏失。

同时，Q. Zeng等(2018)通过与水泥固井技术的组合应用，有效地提高了固井的完整性和耐久性。

三、石墨烯增强固井技术石墨烯具有极高的强度和导电性，其与水泥等材料的复合可以有效地加强其力学性能。

因此，石墨烯增强固井技术被提出，并取得了一定的研究进展。

例如，L. Huang等(2019)研究了石墨烯在水泥浆体中的添加量，发现当石墨烯/水泥比例为0.25%时，固井力度可提高71.6%，漏失率降低至0.8%以下。

海上增韧防窜固井水泥浆体系研究及应用海上增韧防窜固井水泥浆体系研究及应用随着海洋石油开采的不断深入，如何保证海上井口的固定和稳定，成为了工程师们必须关注的重点问题。

海洋环境的波浪、海水的侵蚀和温度等自然因素经常给井口带来安全隐患，而井下打压的压力更是对井口安全的考验。

因此，开发一种高质量的海上增韧防窜固井水泥浆体系，显得尤为重要。

本文将介绍海上增韧防窜固井水泥浆体系的研究和应用。

1.研究内容海上增韧防窜固井水泥浆体系是指在保证环保、可控的前提下，能达到井口稳定、井下固定和耐压的水泥浆，包括膨胀剂、增效剂、延迟剂等复合添加剂的应用。

研究的主要内容包括以下方面：（1）海上环境的影响因素分析，包括温度、压力、盐度、海水酸碱度等因素，并对其对水泥浆特性的影响进行分析。

（2）复合添加剂的开发，通过添加一定比例的复合添加剂，来控制水泥浆的性能。

以膨胀剂为例，可显著提高水泥浆的膨胀速率和膨胀率，提高固井效果，并有效防止水泥浆对围岩的损害。

（3）海上增韧防窜固井水泥浆体系的性能改善，主要是提高其压性、抗渗透性、膨胀性和防水性。

通过加入拌合改良剂，积极调整水泥浆的成分比例和性能，实现优化之后的水泥浆对井壁的健壮性、安全性要求。

（4）通过实验室的模拟实验，对海上增韧防窜固井水泥浆体系进行性能测试和分析，通过查明海上增韧防窜固井水泥浆系统的优缺点，深入分析其性能表现和应用效果。

2.应用实践本研究的海上增韧防窜固井水泥浆体系不仅在制定了海上已有石油井的固井技术改进方案，还应用于海上新开发的油井的固井作业。

改进方案针对已经存在的海上油井，提出了将已经建井时泥浆进行更换，采用新的海上增韧防窜固井水泥浆体系来保证井口的稳固性和井下的耐压性。

而对于新发现的海上油藏，通过将新的海上增韧防窜固井水泥浆体系应用于井下井壁，并通过工程师们的设计和精巧的装置，使得井口固定和井下稳固得到更好的保障。

3.总结通过研究和应用海上增韧防窜固井水泥浆体系，使得海洋石油开采的安全性得到了更好的保障。

多分支水平井韧性水泥浆体系及其性能评价
彭博
【期刊名称】《化工管理》
【年(卷),期】2024()7
【摘要】多分支水平井工艺过程复杂,主、支井眼交汇处裸眼井段的存在,造成液压密封性问题,导致水泥环与界面胶结不好。

因此,通过室内筛选出的增韧剂材料与增强剂RT-A、膨胀剂复配使用,提高水泥石的力学性能、胶结性能。

室内对多分支水平井的韧性水泥浆的性能开展了综合评价,结果显示:韧性水泥浆体系性能明显优于普通聚合物水泥浆,相比于聚合物水泥浆抗压强度和抗冲击强度分别增加了31%和55%,弹性模量降低了61%,韧性水泥浆具有良好的韧性,韧性水泥浆Ⅰ、Ⅱ界面的胶结强度高,且韧性水泥浆具有较好的微膨胀特性,满足多分支水平井固井要求。

【总页数】4页(P46-49)
【作者】彭博
【作者单位】中石化江汉石油工程有限公司工程技术服务中心
【正文语种】中文
【中图分类】TE256
【相关文献】
1.韧性胶乳水泥浆在试验评价及其水平井固井作业中的应用
2.低温高强韧性水泥浆在致密油水平井的应用
3.合平4致密油水平井韧性水泥浆固井技术
4.韧性防气窜水泥浆体系在水平井中的研究与应用
5.固井超高温水泥浆体系性能评价与应用
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

298我国经济的快速发展离不开能源资源的使用，我国能源紧缺问题一直没有的得到有效的解决。

页岩气是继煤炭、石油、天然气之后的又一新能源。

新能源的使用是经济效益和环境效益新的平衡点。

大部分页岩气藏为低孔隙度和低渗透气藏。

必须采用压裂等增产措施与天然裂缝进行沟通，需要较高的固井质量。

随着科学技术的不断推进和社会天然气需求的不断提高，页岩气水平井固井技术问题必须在短时间内解决。

一方面要保证新工艺的稳定性和耐久性，另一方面必须提高生产能力，保证固井质量的进步。

1 页岩气水平井固井技术难点分析1.1 对水泥环的破坏性较大在页岩气水平井施工后期，由于压裂作业对水泥环和套管的巨大冲击压力，使得部分地区容易产生高压、高压应变带。

此外，普通水泥浆材料的抗拉强度和抗压强度较差。

页岩气水平井施工容易产生宏观裂缝，降低了其使用寿命，限制了其生产效率。

1.2 水平段下套管难度较大由于页岩储集层易膨胀，所以，页岩气水平井的井眼呈现出的是椭圆形。

此外，水平位移越大，水平截面越长，套管的阻力越大，并且套管很难放置在预定位置。

当井的水平位移较大，新侧SH井的水平位移较大时，最后一次套管作业的阻力较大。

1.3 顶替效率得不到有效的提升由于井斜角的影响，套管的应力方向将来自高偏差部分的轴向、径向和横向部分，从而导致套管偏心，影响钻井液正常驱动套管的底部，进而导致导向问题，最终影响驱油效率。

对于页岩水平井来说，钻井作业中的不稳定性一直是钻井作业中的一个主要问题，因此在钻井过程中经常使用油基钻井液。

钻井液的实际影响主要体现在钻井液的质量、顶替效率和水泥浆强度上。

油基钻井液的顶替难度很大，特别是在温度很低的情况下，这将直接影响油基钻井液在运行过程中的保护效果。

另外，为了避免钻井液的不稳定性，保证钻井液的效率，钻井液使用的粘度和密度都很高，而且性能较差，这也会对钻井液的效率产生不利的影响。

1.4 射孔、压裂对水泥环的破坏除上述三点外，射孔压裂损伤水泥环也是页岩气水平井技术的难点之一。

弹韧性水泥浆体系的研究与应用摘要：本文针对水平井后期开采过程中采用大型体积压裂技术致使水泥石完整性发生破坏、形成微裂缝的问题，为了提高水泥环抗冲击能力，确保水泥环的层间封隔能力，研制开发了弹韧性水泥浆体系，室内评价结果表明，该水泥浆体系具有零游离液、低失水、低渗透、高强度、低弹性模量特点，现场试验结果表明，弹韧性水泥浆的性能参数满足各项固井施工要求，满足后期压裂投产施工需要，为新疆油田长水平段水平井固井提供技术借鉴。

关键词：弹性材料；韧性；水泥浆；固井1．弹韧性水泥浆体系研究1.1 水泥外掺料的紧密堆积采用紧密堆积理论优化水泥与充填材料间的粒度分布，在保证水泥浆流变性的情况下，增加单位体积水泥浆的堆积率PVF（干混合物中所有颗粒绝对体积之和除以干混成分的散装体积的值），PVF越大，紧密堆积的程度越高，水泥石孔隙度和渗透率越小，性能越好[2]。

弹韧性水泥浆体系主要由弹性材料、增韧材料、石英砂、微硅、超细材料、膨胀剂等构成，通过进一步优化各组分配比，水泥及外掺料间相互填充而形成最紧密堆积，使水泥石结构和界面结构更为致密，降低水泥石渗透率，提高水泥石强度，通过紧密堆积优化可使水泥石具有良好的“低弹性模量—高强度”特性。

表1是弹韧性水泥浆体系经颗粒级配后的水泥浆性能。

从表1可知，弹韧性水泥浆具有良好的流动性能，水泥石渗透率较低、弹性模量较小，且后期强度较高。

1.2 弹性材料、增韧材料的优选1.2.1 弹性材料的优选所选用弹性材料是一种以烯烃单体为原料添加引发剂聚合而成的油井水泥用弹性外掺料。

产品为白色至浅灰色粉末惰性颗粒状材料，自身具有较强的亲水性、分散性和较高的弹性。

当水泥浆中加入弹性材料后，其将镶嵌在水泥石内部，当水泥石受冲击力作用时，力将传递到填充其间的弹性材料颗粒，弹性材料发生弹性变形，吸收部分能量，能有效地降低水泥石的弹性模量，从而提高水泥石的韧性，有利于后期采油作业。

1.2.2 增韧材料的优选在水泥混凝土中掺加纤维能显著地提高其抗弯强度和降低干缩率，并能提高水泥固化物的抗拉强度和变形能力，改善其韧性和抗冲击性。

浅论固井水泥浆技术在页岩气井的应用作者：钟声来源：《科学与财富》2018年第26期摘要：页岩气作为一种储量丰富的非常规油气资源，近年来得到快速发展。

美国通过页岩气的开发成功的由天然气净进口国转变为出口国。

而我国页岩气资源非常丰富，高效的开发利用不但具有良好经济效益还具有极高的战略意义。

固井水泥浆技术是钻完井技术的一个重要组成部分，是实现有效层间封隔保证页岩气高效开发的重要因素之一。

本文对近年来国内外在页岩气固井水泥浆技术上取得的进展进行调研分析，阐述在页岩气井固井过程中采用的新技术，指出下一步页岩气井水泥浆技术发展方向。

关键词：页岩气；水平井；固井；水泥浆页岩气主要分布于致密、低孔、低渗的泥页岩地层中，其主要的储存空间是岩石发育的微孔和裂缝，并且存在方式主要以吸附为主，与常规岩储层不同，页岩储层具有脆性强、构造裂缝及微裂缝发育等特点。

此外，页岩中富含的黏土成分还会使页岩水敏性、膨胀性强、容易坍塌。

而不合适的固井措施会导致井筒层间封隔失效，进而引起气窜。

天然气窜至井口引起的环空带压现象会影响到天然气量和增产措施的实施。

良好性能的水泥浆体系是实现页岩气井在全生命周期有效层间封隔、防止环空气窜的重要保障之一。

本文对近年来国内外页岩气固井水泥浆技术进行调研分析，介绍了国内外在页岩气井水泥浆技术方面取得的进展。

1.页岩气固井面临的困难与挑战由于页岩含泥质较多产层极易跨塌破碎，与水泥石胶结质量差，胶结强度低。

另外，水泥石在凝固和硬化过程中会发生体积收缩，在套管与水泥环、水泥环与地层之间的胶结界面容易生成微环空和微间隙，形成气体窜流通道，导致页岩气发生窜流。

窜至井口形成环空带压，至低压层会影响产量，严重的环空带压会导致整个气井报废[4] 。

页岩气水平井普遍具有位移大的特点，后续的增产措施多采用多级压裂方式。

水泥石是一种硬脆性材料，自身协调形变能力差，和地层及套管具有不同的弹性和形变能力。

在多级压裂过程中会反复遭受循环载荷，水泥石受到较大的内应力和冲击力产生径向裂纹、裂缝。