留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

井筒重构低密度高流高强环氧树脂水泥浆技术

金鑫 陈雷 陶谦 周仕明 谭春勤

金鑫,陈雷,陶谦,等. 井筒重构低密度高流高强环氧树脂水泥浆技术[J]. 钻井液与完井液,2025,42(6):788-796 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.06.011
引用本文: 金鑫,陈雷,陶谦,等. 井筒重构低密度高流高强环氧树脂水泥浆技术[J]. 钻井液与完井液,2025,42(6):788-796 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.06.011
JIN Xin, CHEN Lei, TAO Qian, et al.Low-density high-fluidity high-strength epoxy resin cement slurry technology for wellbore reconstruction[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(6):788-796 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.06.011
Citation: JIN Xin, CHEN Lei, TAO Qian, et al.Low-density high-fluidity high-strength epoxy resin cement slurry technology for wellbore reconstruction[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025, 42(6):788-796 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.06.011

井筒重构低密度高流高强环氧树脂水泥浆技术

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2025.06.011
基金项目: 国家自然科学基金“复杂环境下水泥环全生命周期密封理论与控制方法”(U22B6003)。
详细信息
    作者简介:

    金鑫,助理研究员(自然科学),副主任师,硕士,现在主要从事固井技术与材料研究工作。电话(010)56606580;E-mail:jinxin.sripe@sinopec.com

    通讯作者:

    陈雷,研究员(自然科学),专家,现在主要从事固井技术与材料研究工作。E-mail:chenlei.sripe@sinopec.com

  • 中图分类号: TE256

Low-Density High-Fluidity High-Strength Epoxy Resin Cement Slurry Technology for Wellbore Reconstruction

  • 摘要: 页岩气井产量衰减较快,平均采收率较低,对页岩气压力衰竭老井进行重复压裂改造能够提升最终采收率,采用套中固套进行井筒重构是实现重复压裂顺利实施的关键。针对页岩气井井筒重构极窄小间隙环空作业环境,围绕窄间隙环空水泥浆流动性能、超薄水泥环长效封堵等技术难题,开展井筒重构水泥浆流变控制、水泥石强度控制、水泥浆调凝控制方法研究,在紧密堆积理论基础上,通过实验测试水泥浆体系在不同养护龄期下的抗压强度、流动度、高温高压稠化时间等性能,优选设计出一套井筒重构低密度高流高强固井水泥浆体系。结果表明,当水性环氧树脂添加量控制在8%~10%时,可以提高水泥石的抗压强度,同时保持良好的流动性能。该水泥浆体系性能稳定,已先后应用于井筒重构作业9井次,在实际工程应用中,水泥浆密度为1.63 g/cm3,流动度达27 cm,流性指数大于0.8,24 h和48 h抗压强度为16.23 MPa和20.50 MPa,稠化时间可控,满足井筒重构作业需要。其中焦页5-1HF井为首口井筒重构重复压裂技术全国产化应用井,重构井段固井质量优良,井筒重构后顺利完成分段重复压裂施工,测试产量恢复至初次压裂的88.10%,为国内页岩气田老区开发增储上产提供了借鉴。

     

  • 图  1  不同乳化剂含量下水性环氧树脂乳液机械剪切稳定性

    图  2  粉体材料的粒度分布曲线

    图  3  不同分形维数下颗粒累积体积分数

    图  4  不同水性环氧树脂加量在不同养护龄期下水泥石的强度

    图  5  井筒重构水泥浆与水性环氧树脂FTIR红外光谱

    图  6  井筒重构水泥石微观形貌SEM图

    图  7  不同温度井筒重构水泥浆流动度

    图  8  高温高压下不同环氧树脂乳液加量情况下的水泥浆稠化性能

    图  9  JY-AHF井井筒重构水泥浆稠化实验

    图  10  不同水泥浆模拟计算与施工参数

    表  1  不同乳化剂含量下水性环氧树脂乳液性能

    水溶性
    树脂乳液
    乳化剂/
    %
    剪切
    稳定性
    乳液环氧当
    量/(g·mol−1
    固相
    物/%
    粒径/μm
    D50 D90
    A 8 沉降分层
    B 10 沉降分层
    C 12 良好 413.60 49.10 0.46 0.52
    D 15 良好 62.80 50.23 0.48 0.60
     注:剪切稳定性为溶液在3000 r/min机械剪切 30 min后观察乳液稳定性;乳化剂比例为乳化剂占水性树脂乳液质量比例。
    下载: 导出CSV

    表  2  井筒重构水泥浆流变基本参数

    实验组 流动度/
    cm
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    n K/
    Pa·sn
    冷浆(27℃) 22 60.0 51 9.2 0.80 0.24
    热浆(80℃) 26 52.5 46 6.6 0.83 0.17
    下载: 导出CSV

    表  3  JY-AHF井重建井筒水泥浆的基本性能

    ρ/
    g·cm−3
    流动度/
    cm
    n FLAPI/
    mL
    ∆ρ/
    g·cm−3
    p48 h/
    MPa
    弹性模
    量/GPa
    t稠化/
    min
    冷浆 热浆
    1.63 27 0.89 0.83 45 0 20.50 3.80 348
     注:失水量实验条件6.9 MPa×30 min×80℃。
    下载: 导出CSV
  • [1] 刘合, 梁坤, 张国生, 等. 碳达峰、碳中和约束下我国天然气发展策略研究[J]. 中国工程科学, 2021, 23(6): 33-42. doi: 10.15302/J-SSCAE-2021.06.005

    LIU He, LIANG Kun, ZHANG Guosheng, et al. China's natural gas development strategy under the constraints of carbon peak and carbon neutrality[J]. Strategic Study of CAE, 2021, 23(6): 33-42. doi: 10.15302/J-SSCAE-2021.06.005
    [2] 周淑慧, 王军, 梁严. 碳中和背景下中国“十四五”天然气行业发展[J]. 天然气工业, 2021, 41(2): 171-182.

    ZHOU Shuhui, WANG Jun, LIANG Yan. Development of China's natural gas industry during the 14th Five-Year Plan in the background of carbon neutrality[J]. Natural Gas Industry, 2021, 41(2): 171-182.
    [3] 侯正猛, 罗佳顺, 曹成, 等. 中国碳中和目标下的天然气产业发展与贡献[J]. 工程科学与技术, 2023, 55(1): 243-252.

    HOU Zhengmeng, LUO Jiashun, CAO Cheng, et al. Development and contribution of natural gas industry under the goal of carbon neutrality in China[J]. Advanced Engineering Sciences, 2023, 55(1): 243-252.
    [4] XUE M, LI X C, CUI X Y, et al. A pilot demonstration of flaring gas recovery during shale gas well completion in Sichuan, China[J]. SPE Production & Operations, 2023, 38(3): 504-512.
    [5] DENNEY D. Challenges of tight and shale-gas production in China[J]. Journal of Petroleum Technology, 2013, 65(11): 153-156. doi: 10.2118/1113-0153-JPT
    [6] 邹才能, 赵群, 丛连铸, 等. 中国页岩气开发进展、潜力及前景[J]. 天然气工业, 2021, 41(1): 1-14.

    ZOU Caineng, ZHAO Qun, CONG Lianzhu, et al. Development progress, potential and prospect of shale gas in China[J]. Natural Gas Industry, 2021, 41(1): 1-14.
    [7] 孔欣怡, 刘潇潇, 马莉, 等. 2024年天然气市场回顾与2025年展望[J]. 当代石油石化, 2025, 33(3): 1-6,44.

    KONG Xinyi, LIU Xiaoxiao, MA Li, et al. Natural gas market: 2024 review and 2025 outlook[J]. Petroleum & Petrochemical Today, 2025, 33(3): 1-6,44.
    [8] DENNEY D. Shale-gas reserves estimation: multiple decline-curve-analysis models[J]. Journal of Petroleum Technology, 2012, 64(11): 144-148. doi: 10.2118/1112-0144-JPT
    [9] 贾承造, 姜林, 赵文. 页岩油气革命与页岩油气、致密油气基础地质理论问题[J]. 石油科学通报, 2023, 8(6): 695-706.

    JIA Chengzao, JIANG Lin, ZHAO Wen. The shale revolution and basic geological theory problems of shale and tight oil and gas[J]. Petroleum Science Bulletin, 2023, 8(6): 695-706.
    [10] 王建, 郭秋麟, 赵晨蕾, 等. 中国主要盆地页岩油气资源潜力及发展前景[J]. 石油学报, 2023, 44(12): 2033-2044.

    WANG Jian, GUO Qiulin, ZHAO Chenlei, et al. Potentials and prospects of shale oil-gas resources in major basins of China[J]. Acta Petrolei Sinica, 2023, 44(12): 2033-2044.
    [11] MARAGGI L M R, WALSH M P, LAKE L W, et al. Fast optimization of the net present value of unconventional wells using rapid rate-transient analysis[J]. SPE Journal, 2024, 29(11): 6500-6515. doi: 10.2118/223593-PA
    [12] REN J W, CHEN J B, LU H J, et al. Optimizing refracturing models in tight oil reservoirs: an integrated workflow of geology and engineering based on seepage-stress real-time cross-coupling strategy[J]. SPE Journal, 2024, 29(11): 6299-6311. doi: 10.2118/223101-PA
    [13] JAFARIZADEH B, REIDAR B B. The option value of refracturing oil wells: implementation in a Binomial Lattice[J]. SPE Journal, 2019, 24(4): 1903-1911. doi: 10.2118/195585-PA
    [14] WALSER D. Technology update: leveraging subsurface insight, screening, and diversion technology in refracturing[J]. Journal of Petroleum Technology, 2016, 68(1): 25-27. doi: 10.2118/0116-0025-JPT
    [15] 李跃纲, 宋毅, 黎俊峰, 等. 北美页岩气水平井压裂井间干扰研究现状与启示[J]. 天然气工业, 2023, 43(5): 34-46.

    LI Yuegang, SONG Yi, LI Junfeng, et al. Research status and implications of well interference in shale gas horizontal well fracturing in North America[J]. Natural Gas Industry, 2023, 43(5): 34-46.
    [16] 王聪, 黄世军, 赵凤兰, 等. 基于波前快速法的页岩气藏重复压裂储层动用评价方法[J]. 断块油气田, 2023, 30(6): 940-946.

    WANG Cong, HUANG Shijun, ZHAO Fenglan, et al. Reservoir evaluation method for refracturing in shale gas reservoir based on fast marching method[J]. Fault-Block Oil & Gas Field, 2023, 30(6): 940-946.
    [17] 黄婷, 薛小佳, 康博, 等. 重复压裂非均匀孔隙压力场对裂缝延伸的影响[J]. 断块油气田, 2023, 30(3): 475-479,522.

    HUANG Ting, XUE Xiaojia, KANG Bo, et al. Influence of non-uniform pore pressure field on fracture propagation during refracturing[J]. Fault-Block Oil and Gas Field, 2023, 30(3): 475-479,522.
    [18] 王文东, 喻文锋, 高攀, 等. 页岩气井间压裂窜扰机理及影响规律[J]. 天然气工业, 2024, 44(1): 128-138.

    WANG Wendong, YU Wenfeng, GAO Pan, et al. Mechanisms and impact patterns of frac hits between shale gas wells[J]. Natural Gas Industry, 2024, 44(1): 128-138.
    [19] 李鹏晓, 孙富全, 何沛其, 等. 紧密堆积优化固井水泥浆体系堆积密实度[J]. 石油钻采工艺, 2017, 39(3): 307-312.

    LI Pengxiao, SUN Fuquan, HE Peiqi, et al. Packing compactness of cementing slurry system for close packing optimization[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(3): 307-312.
    [20] 刘慧婷, 刘硕琼, 齐奉忠. 紧密堆积优化固井水泥浆体系研究进展[J]. 硅酸盐通报, 2014, 33(9): 2269-2274,2279.

    LIU Huiting, LIU Shuoqiong, QI Fengzhong. Research progress of cement slurry system optimized by dense packing theory[J]. Bulletin of the Chinese Ceramic Society, 2014, 33(9): 2269-2274,2279.
    [21] 段永强, 王秀影, 罗玉财, 等. 巴彦油田深层高温高密度韧性水泥浆体系构建[J]. 钻井液与完井液, 2025, 42(3): 368-378.

    DUAN Yongqiang, WANG Xiuying, LUO Yucai, et al.Construction of a deep high-temperature high-density resilient cement slurry system for the bayan oilfield[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2025,42(3):368-378.
    [22] 郑少军, 谷怀蒙, 刘天乐, 等. 基于紧密堆积理论的深水低密度三元固相水泥浆体系[J]. 天然气工业, 2024, 44(2): 122-131.

    ZHENG Shaojun, GU Huaimeng, LIU Tianle, et al. Deepwater low-density ternary solid phase cement slurry system based on close packing theory[J]. Natural Gas Industry, 2024, 44(2): 122-131.
    [23] 曹成章, 步玉环, 田磊聚, 等. 可固化树脂基固井材料及其固化剂的优选[J]. 钻井液与完井液, 2020, 37(4): 498-506.

    CAO Chengzhang, BU Yuhuan, TIAN Leiju, et al. Selection of curable resin based cementing material and the curing agent thereof[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2020, 37(4): 498-506.
    [24] 于斌, 王有伟, 马天龙, 等. 渗透固结型环氧树脂基油气井常温固泥材料[J]. 钻井液与完井液, 2022, 39(4): 481-487.

    YU Bin, WANG Youwei, MA Tianlong, et al. Penetrating consolidating epoxy-based oil and gas well cementing additives for use at ambient temperature[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2022, 39(4): 481-487.
    [25] 付洪琼, 郭小阳, 瞿雄, 等. 一种添加环氧树脂乳液的优质固井水泥浆[J]. 天然气工业,2021,41(11):115-121.

    FU Hongqiong, GUO Xiaoyang, QU Xiong, et al. High-quality cementing slurry with epoxy resin emulsion[J]. Natural Gas Industry, 2021, 41(11): 115-121.
    [26] 郭远曜, 许明标, 宋建建, 等. 用于提高水泥浆封固能力的树脂体系性能评价[J]. 油田化学, 2020, 37(4): 598-603.

    GUO Yuanyao, XU Mingbiao, SONG Jianjian, et al. Performance evaluation of resin system for improving the sealing capacity of cement slurry[J]. Oilfield Chemistry, 2020, 37(4): 598-603.
    [27] 邓成辉, 金勇. 无固化剂水性树脂提高固井水泥石抗腐蚀性能[J]. 油田化学, 2022, 39(4): 584-588,629.

    DENG Chenghui, JIN Yong. Corrosion resistance improvement of cement paste by waterborne resin without curing agent[J]. Oilfield Chemistry, 2022, 39(4): 584-588,629.
    [28] 王纯全, 严海兵, 邓天安, 等. 一种添加自交联环氧树脂乳液的防腐韧性水泥浆[J]. 钻井液与完井液, 2024, 41(4): 522-530.

    WANG Chunquan, YAN Haibing, DENG Tianan, et al. An anti-corrosion tough cement slurry treated with self-crosslinking epoxy resin emulsion[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2024, 41(4): 522-530.
  • 加载中
图(10) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  4
  • HTML全文浏览量:  1
  • PDF下载量:  0
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2025-06-09
  • 修回日期:  2025-07-21
  • 网络出版日期:  2025-12-08
  • 刊出日期:  2025-12-08

目录

    /

    返回文章
    返回

    尊敬的作者、读者:

    您好!

    为更好地服务于广大作者和读者,提升期刊编辑部的办公效率和服务质量,本刊编辑部办公地点及联系电话已进行变更。

    新办公地址:天津经济技术开发区第二大街83号中国石油天津大厦A517房间

    新联系电话:022-65278734

                         022-25275527

    我们衷心希望广大作者和读者能够继续支持我们的工作,共同推动期刊的发展和进步。

    再次感谢您对期刊的关注和支持!