延長(zhǎng)油田低密度水泥漿固井技術(shù)的研究與應(yīng)用

肖新禮

摘要：固井作業(yè)是鉆井工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一旦固井質(zhì)量出現(xiàn)問題，將會(huì)給試油、采油等油田后續(xù)工作帶來(lái)被動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成油井的報(bào)廢和資源的浪費(fèi)。鄂爾多斯盆地內(nèi)儲(chǔ)層大多數(shù)有低壓、低滲、低產(chǎn)以及水敏性較強(qiáng)的特點(diǎn)，探索和開發(fā)適合此類油層的固井水泥漿配方和固井工藝技術(shù)對(duì)于油田的開發(fā)至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：固井低密度漂珠水泥漿

0引言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)利用顆粒級(jí)配充填堆積理論，采用多種低密度材料復(fù)配，通過不同的水泥漿外加劑的調(diào)節(jié)，研究開發(fā)了1.20～1.65g／cm3不同密度的水泥漿體系。低密度水泥漿體系，必須較好地解決低密度材料上浮，保證漿體的穩(wěn)定性，同時(shí)水泥石的強(qiáng)度要滿足射孔和改造需求，選擇較好的不同粒徑的材料，相互配合充填粒徑間的空隙，緊密堆積以提高其抗壓強(qiáng)度。近年來(lái)，已經(jīng)應(yīng)用的低密度水泥漿體系形成的水泥石的強(qiáng)度大幅度提高，在48h后強(qiáng)度能達(dá)到14MDa。鄂爾多斯盆地內(nèi)儲(chǔ)層大多數(shù)有低壓、低滲、低產(chǎn)以及水敏性較強(qiáng)的特點(diǎn)，因此除了在鉆井過程中保護(hù)好油氣層外，完井固井施工過程中的油氣層保護(hù)更加重要，根據(jù)對(duì)玉門青西油田孔隙裂縫型油藏采用低密度水泥漿固井調(diào)研，使用低密度水泥漿固井前，射孔投產(chǎn)后一般都要進(jìn)行酸化后才能高產(chǎn)，而采用低密度水泥漿固井后直接投產(chǎn)后就可以獲得百頓以上的高產(chǎn)，延長(zhǎng)油礦通過近幾年的研究和現(xiàn)場(chǎng)使用，目前低密度水泥漿固井已經(jīng)成熟。

1低密度水泥漿體系的確定

1.1低密材料的優(yōu)選目前，低密度水泥漿的減輕劑可分為兩類，一類是自身密度較大，主要靠增大水灰比(水固比)來(lái)降低水泥漿密度的減輕劑，這類材料有粉煤灰、膨潤(rùn)土、膨脹珍珠巖、火山灰、水玻璃等，但為了保證漿體的穩(wěn)定性、均勻性和強(qiáng)度，用水量受到限制，否則難于保證漿體的綜合工程性能。這類減輕劑配制的低密度水泥漿的密度一般在1.50g／cm3以上，且使用溫度條件要求較高。第二類是自身的密度小于水的減輕劑，如空心微珠、空氣、氮?dú)獾取Ｓ眠@類材料作減輕劑配制低密度水泥漿，在較低水固比時(shí)，就可獲得較低密度的水泥漿，從而易配制密度較低而水泥石的強(qiáng)度較高的水泥漿。

為了保證水泥漿具有較好的穩(wěn)定性、合適的流變性和密度、較高的早期強(qiáng)度，根據(jù)鄂爾多斯盆地內(nèi)儲(chǔ)層的特點(diǎn)，選擇了漂珠作為減輕劑。用漂珠作減輕劑配制低密度水泥漿，在較低液固比時(shí)，就可獲得較低密度的水泥漿，從而使得水泥石的強(qiáng)度較高。

空心微珠具有質(zhì)輕(顆粒密度為0.70g／cm3左右，其材質(zhì)密度約為2.40g／cm3)、密閉(珠殼的壁厚為珠直徑的5％～30％)、粒細(xì)(顆粒粒徑約為40 um～250 um，比水泥顆粒大3—4倍)和活性強(qiáng)等特點(diǎn)。其殼體主要由硅鋁玻璃材質(zhì)組成，能與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2和礦物中的CaS0。作用，生成具有膠凝特性的產(chǎn)物，從而有利于水泥石強(qiáng)度的發(fā)展和滲透率的降低，是一種良好的減輕劑。

1.2低密度水泥漿體系的確定在選擇使用漂珠作為減輕劑的基礎(chǔ)上，結(jié)合延長(zhǎng)油田的實(shí)際特點(diǎn)，通過對(duì)國(guó)內(nèi)幾個(gè)添加劑生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品的室內(nèi)評(píng)價(jià)，確定了主要外加劑的型號(hào)，降失水劑TW200S、分散劑TW401、緩凝劑TW302、消泡劑TW501、增強(qiáng)劑PZW-A。

1.2.1含水量的確定通常，水泥漿的水灰比減小，配出的水泥漿密度就增高，流動(dòng)性也變差，低密度水泥漿也符合這個(gè)規(guī)律。當(dāng)水灰比增加時(shí)，水泥漿密度就下降，但整個(gè)水泥漿體系的穩(wěn)定性變差，游離水增大，同時(shí)水泥石的抗壓強(qiáng)度降低，體積收縮率增加。因此，為了確保水泥漿的性能，不能盲目地增加含水量，應(yīng)該首先確定它們的正常用水量，若有必要還應(yīng)該確定它們的最小用水量。

1.2.2減輕劑摻量的確定減輕劑在不同摻量下，為達(dá)到同一設(shè)計(jì)密度的水泥漿，可以通過其不同含水量來(lái)實(shí)現(xiàn)。減輕劑摻量較小時(shí)，若加水量較大，水泥石的收縮率也較大。隨著減輕劑摻量的增加，水泥石強(qiáng)度也逐漸增大，這是由于減輕劑濃度增大的緣故。當(dāng)摻量達(dá)到與水泥的比例一定時(shí)，在正常含水量的情況下，其水泥石的抗壓強(qiáng)度最高，這時(shí)，減輕劑與水泥的比稱為正常比，而其正常加水量稱為最佳含水量，每種減輕劑的正常比和最佳含水量都是不同的。

1.2.3低密度水泥漿體系配方及性能對(duì)于封固井段靜止溫度低于60℃的情況。根據(jù)選擇的減輕劑和水泥添加劑，通過試驗(yàn)得到密度1 30～1 50g／cm3，低密度水泥漿的典型配方及主要性能(見表)。

由表可見，使用TW系列添加劑配制的密度1.30-1.50g／cm3低密度水泥漿的綜合性能協(xié)調(diào)性較好。水泥漿的失水可控制在50ml左右，漿體穩(wěn)定無(wú)自由水，稠化時(shí)間可調(diào)整的范圍較大，有利于適應(yīng)不同的施工時(shí)間的要求。

3固井質(zhì)量工藝研究

要獲得良好的固井質(zhì)量，采取合理的施工工藝技術(shù)與使用優(yōu)質(zhì)的水泥漿同等重要，且它們不能相互替代，缺一不可。眾所周知，套管的居中程度、井徑規(guī)則程度、鉆井液、隔離液、水泥漿流變性匹配情況、頂替流態(tài)與紊流接觸時(shí)間、水泥漿密度的均勻程度、固井前鉆井液性能的調(diào)整結(jié)果等等，對(duì)固井質(zhì)量均有不同程度的影響。

3.1井眼準(zhǔn)備：在鉆進(jìn)過程中保證井徑規(guī)則程度，減少“大肚子”、“糖葫蘆”之類的井眼，保證井眼穩(wěn)定減少掉塊和井壁坍塌，及時(shí)堵漏提高地層承壓能力，固井前調(diào)整好鉆井液性能等。這些工作的目的是為國(guó)井提供一個(gè)良好的井眼條件。

3.2合理的加放扶正器使套管居中：要盡量降低套管在井眼中的偏心程度，目前所采取的措施是在套管上安裝套管扶正器。對(duì)于斜井或井斜角較大的直井，應(yīng)用扶正器安放位置設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，以保證套管居中度不低于66 7％的要求。對(duì)于直井，按關(guān)鍵井段(如油氣層段)每根套管一個(gè)扶正器安放，其余可每二根套管一個(gè)扶正器。

3.3固井前調(diào)整鉆井液性能并充分循環(huán)：盡管鉆井液的流變性能因受地層等因素制約使可調(diào)整的范圍有限，但為提高頂替效率，應(yīng)在條件許可的情況下盡可能按固井需求進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整鉆井液性能，其技術(shù)實(shí)質(zhì)是改善流變性。調(diào)整原則是：在保證井下安全的前提下盡量降低其塑性粘度、動(dòng)切力和靜切力，減小觸變性影響。在固井前充分循環(huán)也是被證明的一項(xiàng)提高固井質(zhì)量的措施，因?yàn)槌浞盅h(huán)可將井內(nèi)沉砂洗出，有利于提高頂替效率，也可以清除井壁上的虛泥餅，置換“死”泥漿，有利于水泥與地層的膠結(jié)。

3.4制定合理的施工參數(shù)：根據(jù)完井的井眼條件，確定合理的施工參數(shù)，采用適量的前置液，保證水泥漿具有好的流變性，替漿盡量采用紊流頂替，延長(zhǎng)紊流接觸時(shí)間及增大紊流程度等。

3.5根據(jù)施工設(shè)計(jì)進(jìn)行注水泥漿施工：各種液體的用量按設(shè)計(jì)注入，水泥漿密度按設(shè)計(jì)進(jìn)行控制，替漿排量與泵壓按設(shè)計(jì)要求實(shí)施，特殊情況現(xiàn)場(chǎng)可據(jù)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整的幅度應(yīng)事先進(jìn)行過相關(guān)計(jì)算。

4低密度水泥漿體系的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

通過對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)配方的分析，結(jié)合開發(fā)需求和油層固井的施工條件，確定了油層固井的水泥漿密度范圍為1.45—1.50 g／cm3，通過幾年的現(xiàn)場(chǎng)使用評(píng)價(jià)及水泥漿配方的不斷優(yōu)化，低密度水泥漿固井有效地避免了固井施工的井漏問題，并且將油層固井對(duì)地層的損害減少到最低，有效的保護(hù)了油氣層，為油田的開發(fā)做出了一定的貢獻(xiàn)。

5結(jié)論及認(rèn)識(shí)

5.1通過試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)施工檢驗(yàn)，對(duì)密度1.30g／cm3、1 40g／cm3、1.45g／cm3、1 50g／cm3低密度水泥漿配方進(jìn)行了篩選和優(yōu)化，并確定了較成熟的低密度水泥漿體系，結(jié)果表明，固井質(zhì)量良好。

5.2通過固井施工及油田開發(fā)的檢驗(yàn)說明低密度水泥漿體系的是滿足杏子川采油廠油田油層固井要求的。