雙凝雙密度水泥漿體系在方正地區(qū)固井中的應(yīng)用

王萬(wàn)軍

(中石油大慶石油管理局大慶鉆探工程公司鉆技一公司鉆井工具分公司，黑龍江 大慶163461)

目前，在大慶油田方正地區(qū)普遍使用普通水泥或空心微珠低密度水泥漿進(jìn)行常規(guī)固井施工。由于采用原漿一次性封固，環(huán)空水泥漿液柱壓力高，極易壓漏地層而導(dǎo)致目的層漏封或封固不合格，進(jìn)而造成產(chǎn)層失效的問(wèn)題。此外，隨著壓力的升高，有可能造成空心微珠破裂或滲水，從而使空心微珠低密度水泥漿密度變高，其流動(dòng)性降低，有可能導(dǎo)致固井施工失敗甚至“灌腸”事故的發(fā)生。為了解決上述問(wèn)題，筆者對(duì)雙凝雙密度水泥漿體系進(jìn)行了研究，以便為提高大慶油田方正地區(qū)的固井質(zhì)量提供參考。

1 影響固井質(zhì)量的主要因素

1)井漏是造成固井時(shí)水泥漿低返的主要原因。方正地區(qū)寶泉嶺組、達(dá)連河組及白堊系裂縫層段極易發(fā)生井漏，這不僅嚴(yán)重制約了鉆井進(jìn)度，延長(zhǎng)鉆井周期，而且給固井施工帶來(lái)嚴(yán)重隱患。

2)方正地區(qū)地下壓力系統(tǒng)復(fù)雜，地層中存在夾煤層、裂縫層，地層流體分布狀況不清，給油層的有效封固帶來(lái)了很大困難。

3)由于封固段較長(zhǎng)，水泥漿在凝固過(guò)程中，先期注入的水泥漿上部較早凝固，漿體失去了對(duì)下部產(chǎn)生的壓力，使下部水泥漿對(duì)地層原來(lái)的壓力體系失衡，從而造成油、氣和水互串。

2 雙凝雙密度水泥漿體系優(yōu)選

針對(duì)方正地區(qū)地層的特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)固井工藝，決定采用雙凝雙密度水泥漿體系進(jìn)行固井，即使用常規(guī)水泥漿和低密度水泥漿分段封固的方式固井。尾漿先凝固，首漿后凝固，通過(guò)添加不同的外加劑來(lái)調(diào)節(jié)各段水泥柱的凝固時(shí)間，使水泥漿自下而上逐漸凝固。當(dāng)尾漿速凝段凝固失水造成失重狀態(tài)時(shí)，首漿緩凝段仍然保持傳遞壓力的能力，從而可以解決水泥漿侯凝過(guò)程中的失重問(wèn)題，同時(shí)也能解決低壓地層漏失問(wèn)題。

2.1 首漿優(yōu)選

根據(jù)封固地層和井段長(zhǎng)度不同，要求雙凝雙密度水泥漿體系的首漿稠化時(shí)間在170min左右。在60℃、35.9MPa條件下，通過(guò)調(diào)整緩凝劑BXR-200L加量，形成3種配方的水泥漿體系。配方1#：嘉華高強(qiáng)低密度水泥+17%硅粉+4ml緩凝劑BXR-200L+0.5%早強(qiáng)劑SW-2+10%微硅+8%消泡劑XP-1+5%BXF-200L；配方2#：嘉華高強(qiáng)低密度水泥+17%硅粉+5ml緩凝劑BXR-200L+0.5%早強(qiáng)劑SW-2+10%微硅+8%XP-1+5%BXF-200L；配方3#：嘉華高強(qiáng)低密度水泥+17%硅粉+6ml緩凝劑BXR-200L+0.5%早強(qiáng)劑SW-2+10%微硅+8%消泡劑XP-1+5%降失水劑BXF-200L。相關(guān)試驗(yàn)性能數(shù)據(jù)如表1所示。從表1可以看出，在緩凝劑BXR-200L加量不同的情況下，對(duì)水泥漿其他性能基本沒(méi)有影響，只是隨著緩凝劑BXR-200L加量的增加，稠化時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，當(dāng)緩凝劑BXR-200L加量6ml時(shí)，配方3#的稠化時(shí)間為171min，能夠滿(mǎn)足雙凝雙密度水泥漿體系的首漿施工要求。

表1 雙凝雙密度水泥漿體系首漿性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2.2 尾漿優(yōu)選

根據(jù)施工條件和要求，要求雙凝雙密度水泥漿體系的尾漿凝固時(shí)間在95mim左右，這樣與首漿凝固時(shí)間(170min)的配比效果最好。在60℃、35.9MPa條件下，通過(guò)調(diào)整速凝劑BCK的加量來(lái)控制尾漿的稠化時(shí)間，即配方1#：嘉華G級(jí)水泥+17%硅粉+8%速凝劑BCK+0.5%早強(qiáng)劑SW-2+10%微硅+8%消泡劑XP-1+5%降失水劑BXF-200L；配方2#：嘉華G級(jí)水泥+17%硅粉+10%速凝劑BCK-200L+0.5%早強(qiáng)劑SW-2+10%微硅+8%消泡劑XP-1+5%降失水劑BXF-200L；配方3#：嘉華G級(jí)水泥+17%硅粉+12%速凝劑BCK+0.5%早強(qiáng)劑SW-2+10%微硅+8%消泡劑XP-1+5%降失水劑BXF-200L。相關(guān)試驗(yàn)性能數(shù)據(jù)如表2所示。從表2可以看出，隨著速凝劑BCK加量的逐漸增加，水泥漿的稠化時(shí)間也逐漸減少，而對(duì)水泥漿的其他性能影響不大，甚至可以忽略不計(jì)；當(dāng)配方3#速凝劑BCK加量達(dá)到12%時(shí)，水泥漿的稠化時(shí)間是96min，對(duì)雙凝雙密度水泥漿體系的現(xiàn)場(chǎng)施工最為有利。

表2 雙凝雙密度水泥漿體系尾漿性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2.3 相容性試驗(yàn)

考慮到高強(qiáng)低密度水泥與原漿過(guò)渡段的流動(dòng)度相對(duì)較差以及泵送困難的實(shí)際情況，進(jìn)行了高強(qiáng)低密度、G級(jí)及混溶的水泥漿常規(guī)性能進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)及高強(qiáng)低密度、A級(jí)及混溶的水泥漿常規(guī)性能進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果分別如表3和表4。從表3和表4可以看出，高強(qiáng)低密度水泥與原漿摻混后，流動(dòng)度降低，有效解決了泵送困難的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)水泥漿其他性能幾乎沒(méi)有影響，能夠保證水泥的抗壓強(qiáng)度。

表3 高強(qiáng)低密度、G級(jí)及混溶的水泥漿常規(guī)性能對(duì)比表

表4 高強(qiáng)低密度、A級(jí)及混溶的水泥漿常規(guī)性能對(duì)比表

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在雙凝雙密度水泥漿體系推廣應(yīng)用過(guò)程中，為保證固井質(zhì)量，對(duì)固井配套技術(shù)采取了如下措施：

1)根據(jù)測(cè)井結(jié)果、鄰井地層壓力分布和油、氣、水層分布情況，準(zhǔn)確確定雙密度水泥漿的分界點(diǎn)。

2)針對(duì)油氣層和井徑不規(guī)則井段劃眼；應(yīng)用旋流扶正器，提高頂替效率，減少鉆井液的“滯留”。

3)堅(jiān)持使用現(xiàn)場(chǎng)水對(duì)每口井進(jìn)行室內(nèi)水泥漿性能試驗(yàn)，確保固井水泥漿及外加劑滿(mǎn)足施工要求。

4)按比例配置好施工所用的水泥添加劑、前置液、壓膠塞液并充分循環(huán)，保證均勻。

5)適當(dāng)增加前導(dǎo)緩凝水泥漿用量，抵消隔離液所降低的液柱壓力，確保壓穩(wěn)油氣層。

6)首漿和尾漿過(guò)渡段流動(dòng)度差，易造成頂替效率低，在注灰過(guò)程中過(guò)渡要快(頂替排量不低于35L/s)，混配器內(nèi)高強(qiáng)低密度水泥盡量打干凈，減少混漿段。

7)強(qiáng)化施工組織和技術(shù)措施落實(shí)，確保方正地區(qū)固井施工質(zhì)量。

2001～2002年，在方正地區(qū)進(jìn)行7井次的技術(shù)套改(簡(jiǎn)稱(chēng)技)或油層(簡(jiǎn)稱(chēng)油)中應(yīng)用雙凝雙密度水泥漿體系進(jìn)行固井作業(yè)，固井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表5所示。從表5可以看出，在應(yīng)用雙凝雙密度水泥漿體系施工的7口井中，3口井固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)，4口井固井質(zhì)量合格。特別是方8井，完鉆井深4800m，預(yù)計(jì)封固高度1600m，固井應(yīng)用雙凝雙密度水泥漿體系，地面施工正常，未發(fā)生井漏等復(fù)雜現(xiàn)象，經(jīng)48h聲變檢測(cè)，固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)。因此，應(yīng)用雙凝雙密度水泥漿整體性能可以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工的要求，從而減少了雙級(jí)固井?dāng)?shù)量和雙級(jí)固井下小鉆具鉆塞對(duì)固井質(zhì)量的影響，簡(jiǎn)化了施工環(huán)節(jié)，降低了施工難度，從而保證了固井質(zhì)量和固井施工的安全。

表5 2001～2002年方正地區(qū)固井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

1)通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，優(yōu)選出雙凝雙密度水泥漿體系首漿密度為1.60g/cm3(緩凝劑加量6ml)、尾漿密度1.90 g/cm3(速凝劑加量為12%)的雙凝雙密度水泥漿體系。

2)應(yīng)用雙凝雙密度水泥漿體系，可以降低長(zhǎng)封固井段施工水泥漿的液柱壓力，減少了地層漏失，有效保護(hù)了油、氣層，顯著提高了固井質(zhì)量。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉大為，田錫君，廖潤(rùn)康.現(xiàn)代固井技術(shù)[M].沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

[2]黃柏宗.油氣井注水泥理論與應(yīng)用[M].北京：石油工業(yè)出版社，2001.

[3]黃柏宗，徐同臺(tái).國(guó)內(nèi)外油井水泥外加劑現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 鉆井液與完井液，1995,12(6)：65-70.

[4]鐘福海，陳光,鄧艷華,等.長(zhǎng)封固段低密度水泥漿固井技術(shù)[J].鉆井液與完井液，2005，22(1)：93，127.