油气井固井水泥环损伤自修复机理与方法研究

研究胶凝材料的多次水化反应机理，在固井材料中优化组合多种活性胶凝材料，对材料的颗粒尺寸和分布进行优化，形成多相复合固井胶凝材料体系，一旦油气井固井水泥环发生损伤并引起地层水窜流时，能够激发多次水化反应，形成新的水化产物自动修复损伤部位。研究固井水泥环结晶沉淀和渗透结晶自修复机理，研究相应自修复剂的装载保护或涂层保护技术，利用水泥环损伤对自修复剂装载体的破坏或地层流体渗流对涂层的溶蚀作用，释放和激发自修复剂的化学反应，形成化学结晶产物自动修复水泥环损伤部位。对地质条件复杂的油气井，研究遇油涨封的弹性应力自密封修复机理，实现对水泥环较大尺寸损伤的自动修复。对于井口窜气的天然气井，研究渗透能力强的自修复固井前置液，保留在井口附近，随时对水泥环出现的渗气通道进行自动封堵。不同类型的油气井，应用不同的自修复机理组合，建立相应的自修复机制，实现固井水泥环损伤的动态自修复，始终保持其封固的可靠性和耐久性

天然气开采的安全性问题越来越引起石油工程界的高度重视，同时天然气储气库的大规模建设对储气库井的固井质量提出了更高的要求，随着油价的下跌对油气井开发成本控制更加严格。因此，油气井的完整性和耐久性问题已经成为石油工程界关注的焦点，油气井固井水泥环自修复技术是目前正在攻关的重要前沿技术，对提高固井质量，保证油气井的耐久性和完整性，提高油气田开发效益和安全性至关重要。.为开展固井水泥环损伤自修复技术的研究，项目首先研究了水泥环微间隙和微裂缝的模拟试验方法，形成了两个模拟微间隙的试验方法和两个模拟微裂缝的试验方法，并进行了误差分析，结果表明模拟试验数据具有较好的重现性和可靠性。研究出固井水泥环完整性模拟评价试验仪。.为提高油气井固井质量和耐久性，解决天然气井井口窜气自修复问题，项目研究了自修复固井前置液技术，筛选优选出自修复剂GSN和NMFSJ，研究出自修复固井前置液配方体系。试验结果表明，相同破坏条件下自修复固井前置液养护环境的水泥浆固化体抗窜强度比清水养护环境提高80%以上，固井水泥浆的早期强度和界面胶结强度提高30%以上。.为提高油气井固井的抗气窜性能，建立固井水泥环损伤的自修复机制，应用硅烷偶联剂包覆技术研究出YJSN-O2硅烷偶联剂包覆型固井自修复剂，在吉林油田低温晶体微膨胀固井水泥浆体系和中温防腐固井水泥浆体系的基础上，加入YJSN-O2固井自修复剂，建立了相应的自修复固井水泥浆体系。试验结果表明，所研究的自修复固井水泥浆体系在规定破坏条件下的模拟试样经过15天养护后抗窜强度增加值>120%，浆体整体性能与基浆基本一致。.在固井自修复技术研究的基础上，开展了自修复固井前置液和自修复固井水泥浆体系的微观结构及物理化学性质研究，对自修复固井前置液和YJSN-O2硅烷偶联剂包覆型固井自修复剂的自修复机理进行了深入的分析，对固井水泥环损伤自修复的机制和规律得出了清晰的认识。.本项目所形成的自修复固井前置液技术和自修复固井水泥浆技术，简单实用，施工方便，容易在现场实施。项目的自修复机理研究成果，能够对今后开发新型固井自修复剂，改进固井技术和施工质量，提供理论指导和依据。项目的研究成果有望对油气井的防气窜、天然气井井口窜气治理、储气库建设和解决油气井固井水泥环的完整性和耐久性问题方面发挥积极的作用。