蘇南項(xiàng)目SNX井88.9,mm生產(chǎn)套管固井水泥漿技術(shù)

安少輝 ，燕 平 ，李立榮 ，林志輝，王其可，趙殊勛

(1. 中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司渤星公司 天津 300451；2. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司鉆井工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室固井技術(shù)研究室 天津 300451；3. 中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探第二固井公司 天津 300457)

0 引 言

SNX井是蘇南作業(yè)分公司部署的一口定向開發(fā)井，開采目標(biāo)為目的層內(nèi)的致密砂巖氣。一開利用311.1,mm鉆頭鉆至763,m，244.5,mm套管下至 761,m。二開利用 215.9,mm鉆頭鉆至3,929,m，88.9,mm生產(chǎn)套管下至3,925,m。該井屬大環(huán)空非常規(guī)固井。固井施工存在的難點(diǎn)為：①套管內(nèi)容積小，頂替排量受限且施工壓力高，頂替效率難以保證；②水泥返高至610,m，封固段長(zhǎng)達(dá) 3,329,m，水泥封固段頂?shù)诇夭畲?，?duì)水泥漿性能要求高；③88.9,mm 油層套管內(nèi)容積小，對(duì)頂替液性能和計(jì)量準(zhǔn)確性要求高，管內(nèi)若留水泥塞將無(wú)法鉆除，將會(huì)導(dǎo)致全井報(bào)廢。此外，封固段內(nèi)地層中山西組和本溪組部分含有煤層，劉家溝組和石千峰組巖性為硬脆性泥巖，屬低壓易漏層，下套管與固井過(guò)程中存在漏失風(fēng)險(xiǎn)，漏失可能導(dǎo)致井內(nèi)壓力失衡，引發(fā)氣竄。

由于本次固井下套管、注水泥過(guò)程中的井下漏失、氣竄風(fēng)險(xiǎn)大，提高水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量難度大，而且固井后可能發(fā)生長(zhǎng)期氣竄，造成井口帶壓，給完井后的生產(chǎn)和增產(chǎn)措施帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)和困難，因此尾漿采用密度為 1.90,g/cm3膠乳防竄水泥漿體系，封固目的層，領(lǐng)漿采用密度為1.35,g/cm3的高強(qiáng)度低密度水泥漿封至 610,m。同時(shí)，優(yōu)化工藝方案，采取配套技術(shù)措施，施工順利，施工設(shè)計(jì)符合率100%。

1 SNX井固井難點(diǎn)分析

本井封固段長(zhǎng)達(dá) 3,329,m，地層屬低壓易漏層，環(huán)空壓力高，下套管與固井過(guò)程中存在漏失風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致水泥返高不夠。油層固井 215.9,mm井眼下88.9,mm套管，屬于大環(huán)空非常規(guī)固井，套管內(nèi)容積小，頂替排量受限且施工壓力高，頂替效率難以保證，從而影響固井質(zhì)量。本井水泥封固段頂?shù)诇夭畲螅瑢?duì)水泥漿性能要求高，上部水泥容易出現(xiàn)超緩凝現(xiàn)象。井88.9,mm油層套管內(nèi)容積小，對(duì)頂替液性能和計(jì)量準(zhǔn)確性要求高。如果管內(nèi)留水泥塞將無(wú)法鉆除，會(huì)導(dǎo)致全井報(bào)廢。本井施工壓力高(靜壓差達(dá)15,MPa)、風(fēng)險(xiǎn)大。

2 主要技術(shù)措施

完鉆后，要求原鉆具帶扶正器通井兩次，確保井眼暢通無(wú)阻、干凈以及井壁穩(wěn)定。如固相太多，則要求配制高粘，高切的稠泥漿掃砂，以防止巖屑在縮徑處堵塞造成憋高壓。調(diào)整鉆井液性能至完鉆時(shí)鉆井液性能，振動(dòng)篩前無(wú)砂子返出，油氣上竄速度小于15,m/h，不竄不漏后方可進(jìn)行下套管作業(yè)。通井作業(yè)循環(huán)，要求大排量充分循環(huán)2周以上，排量2.10～2.20,m3/min。

井口要及時(shí)灌泥漿，避免壓差過(guò)大造成回壓。以 15～20根灌滿1次為宜，灌泥漿時(shí)要不停活動(dòng)套管以防粘卡，要記錄返出量和灌漿量。如在下套管過(guò)程中遇阻，嚴(yán)禁猛提猛放，原則上采用循環(huán)下放，并及時(shí)向現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督匯報(bào)。

優(yōu)選水泥漿配方，嚴(yán)格控制水泥漿性能，滿足低失水、早強(qiáng)、沉降穩(wěn)定好，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)量配制藥水，施工前復(fù)核各項(xiàng)性能，確保達(dá)到施工要求方可施工。

采用平衡壓力固井技術(shù)，合理設(shè)置漿體結(jié)構(gòu)，使用加重隔離液，平衡沖洗液帶來(lái)的壓降，確保失重后仍能有效壓穩(wěn)地層，采用雙密度水泥漿，尾漿密度為 1.90,g/cm3，領(lǐng)漿密度為1.35,g/cm3。固井正式施工前釋放校準(zhǔn)塞，用頂替時(shí)將采用的固井泵進(jìn)行套管替量校準(zhǔn)，要求計(jì)量準(zhǔn)確，通過(guò)監(jiān)測(cè)倒水柜的方法來(lái)計(jì)量泵送的泥漿體積。

3 水泥漿體系

3.1 高強(qiáng)度低密度水泥漿體系[1-3]

3.1.1 水泥漿主要成分作用機(jī)理分析

高強(qiáng)度低密度水泥漿體系核心成分為減輕增強(qiáng)材料BXE-600S與高聚物復(fù)合降失水劑 G60S。BXE-600S是一種具有水化活性的油井水泥外摻料，利用合理的物料顆粒級(jí)配，提高干混材料堆積體積，考慮礦物材料之間的物理化學(xué)作用，形成更加致密的水泥石(見(jiàn)圖1、2)。在低密度水泥漿中，BXE-600S可顯著提高水泥石強(qiáng)度，降低水泥漿游離液含量，降低水泥石滲透率。G60S是一種高聚物復(fù)合降失水劑。用該劑配制的水泥漿流變性能好，具有降濾失、防漏、防竄等多種功能，再配以配套的調(diào)凝劑，即可使水泥漿達(dá)到固井施工要求的各項(xiàng)指標(biāo)。

圖1 線性堆積模型示意圖Fig.1 Schematic diagram of a linear packing model

圖2 含水化膜顆粒緊密堆積示意圖Fig.2 Schematic diagram of the dense packing of hydration shell particles

3.1.2 高強(qiáng)度低密度體系特點(diǎn)

高強(qiáng)度低密度水泥石在同等條件下可以達(dá)到常規(guī)密度水泥石的強(qiáng)度，具有良好的水泥漿沉降穩(wěn)定性及良好的防漏失性能，固相顆粒合理的顆粒級(jí)配，在滲漏性地層易于形成“搭橋”暫堵，有助于防止漏失的發(fā)生。水泥石致密，滲透率低，具有良好的防腐蝕性。體系中的低密度增強(qiáng)劑由較低密度的活性膠凝材料組成，在水泥漿中不僅能發(fā)生凝硬性反應(yīng)，還可進(jìn)一步充填水泥石孔隙，形成更加致密的水泥石。增強(qiáng)劑具有良好的防氣竄性能，能夠有效減小水泥石的孔隙度，阻止孔隙壓力下降，保持較高的毛細(xì)管壓力，防止氣竄的發(fā)生；能夠補(bǔ)償水泥凝結(jié)引起的收縮，降低失水和游離液，有助于形成致密的水泥石，減少由于微裂縫引起的氣竄。高強(qiáng)度低密度水泥漿解決了水泥漿施工性能(密度、流變性等)和水泥漿封固綜合性能(強(qiáng)度、滲透率等)之間的矛盾，保證了水泥石本身的完整性。

3.2 膠乳水泥漿體系[4-7]

3.2.1 水泥漿主要成分作用機(jī)理分析

膠乳水泥漿體系的核心成分為膠乳 BCT-800,L與水溶性高聚物降失水劑 BXF-200,L。膠乳水泥漿是以膠乳聚合物作為分散體系的高濃懸浮水泥漿體系。膠乳顆粒粒徑(0.05～0.5,μm)比水泥(20～50,μm)小得多，且具有彈性。水泥漿濾失形成濾餅時(shí)，一部分膠乳顆粒擠塞、充填于水泥顆粒間的縫隙中，降低了濾餅的滲透率；另一方面膠乳顆粒在壓差的作用下聚集成膜，覆蓋于濾餅表面，從而阻止了流體在水泥內(nèi)部形成竄流。BXF-200,L能夠顯著提高水泥漿孔隙間水的粘度，這種作用除了能有效控制水泥漿的失水外，還能有效限制侵入水泥漿體內(nèi)的氣體運(yùn)移。膠乳水泥漿除了“成膜”和“顆粒充填”防竄機(jī)理外，另一個(gè)防竄機(jī)理體現(xiàn)在靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展快。水泥漿在頂替到位后，環(huán)空氣竄多發(fā)生在 100～500,lb/ft2(48～240,Pa)的靜膠凝強(qiáng)度范圍內(nèi)。該范圍內(nèi)，靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展所用時(shí)間越短，發(fā)生氣竄的幾率就越低。膠乳水泥漿中的聚合物在水泥進(jìn)行水化反應(yīng)時(shí)會(huì)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使靜膠凝強(qiáng)度得到快速發(fā)展。

3.2.2 膠乳水泥漿體系特點(diǎn)

具有良好的防竄性能及良好的失水控制和防漏失性，由于膠乳的“成膜”和“顆粒充填”性能降低了水泥濾餅的滲透率，從而進(jìn)一步降低了水泥漿失水。同時(shí)，“成膜”性能還可以起到防漏失的作用，減小水泥環(huán)體積收縮，改善水泥環(huán)與套管、地層間的膠結(jié)。此外，具有耐腐蝕性能，延長(zhǎng)油井壽命，并且具有良好的施工性能，水泥漿分散性、穩(wěn)定性好，流變性優(yōu)越，稠化時(shí)間易于調(diào)節(jié)。

4 SNX井生產(chǎn)套管水泥漿應(yīng)用實(shí)例

4.1 高強(qiáng)度低密度水泥漿

井下條件為井底循環(huán)溫度 85,℃，井底壓力 45,MPa，封固段610～3,367,m。

水泥漿配方(BWOC)為：嘉華 G級(jí)高抗水泥＋105%BXE-600,S(減輕增強(qiáng)材料)＋4%G60S(降失水劑)＋120%井場(chǎng)水＋1.4%BXR-200,L(緩凝劑)＋0.25%G603(消泡劑)。

配緩凝水時(shí)緩凝劑加量至 1.5%(BWOC)，其他外加劑適當(dāng)附加。室外大樣稠化時(shí)間為 355,min，水泥漿性能如表 1所示，水泥漿稠化曲線如圖3、圖4所示。

表1 高強(qiáng)度低密度室內(nèi)小樣水泥漿性能Tab.1 List of slurry properties of the high-strength lowdensity slurry sample

圖3 室內(nèi)小樣稠化曲線Fig.3 Indoor sample curve

圖4 室外大樣稠化曲線Fig.4 Outdoor bulk sample curve

表2 高強(qiáng)度低密度水泥漿流變性試驗(yàn)Tab.2 Rheology property test for the high-strength lowdensity slurry

進(jìn)行了水泥漿流變性試驗(yàn)。由于本項(xiàng)目對(duì)水泥漿性能要求很嚴(yán)格，要求低密度水泥漿既要有較低的初始稠度、良好的流變性，又要具備良好的穩(wěn)定性。常溫常壓下測(cè)得水泥漿流變數(shù)據(jù)，測(cè)完一組數(shù)據(jù)后，漿體靜置 10,min后再次測(cè)試，實(shí)測(cè)結(jié)果如表2所示。

4.2 膠乳水泥漿

井下條件為井底循環(huán)溫度 85,℃，井底壓力 45,MPa，封固段3,367～3,929,m。

水泥漿配方(BWOC)為：嘉華 G級(jí)高抗水泥＋0.2%CF40S(分散劑)＋3% BXF-200L(降失水劑)＋4% BCT-800L(膠乳)＋0.3% BXR-200L(緩凝劑)＋37% 井場(chǎng)水＋0.5%D50(抑泡劑)＋0.25% G603(消泡劑)。

配速凝水時(shí)緩凝劑加量至 0.312 5%(BWOC)，其他外加劑適當(dāng)附加。室外大樣稠化時(shí)間為 282,min，水泥漿性能如表3所示，稠化曲線如圖5、圖6所示。

表3 膠乳水泥漿室內(nèi)小樣性能Tab.3 List of properties of the indoor latex slurry sample

圖5 室內(nèi)小樣稠化曲線Fig.5 Indoor sample curve

圖6 室外大樣稠化曲線Fig.6 Outdoor bulk sample curve

4.3 施工情況簡(jiǎn)介

SNX井本開利用 215.9,mm鉆頭從地表鉆至 3,929,m，88.9,mm 生產(chǎn)套管下至 3,925,m。1.35,g/cm3高強(qiáng)度低密度水泥漿 114,m3，封固 610～3,367,m。1.90,g/cm3膠乳水泥漿20.7,m3，封固3,367～3,92,9,m。由于88.9,mm油層套管內(nèi)容積小，對(duì)頂替液計(jì)量準(zhǔn)確性要求很高。如果管內(nèi)留水泥塞將無(wú)法鉆除，會(huì)導(dǎo)致全井報(bào)廢。故施工前必須下校準(zhǔn)塞校準(zhǔn)替量，校準(zhǔn)后的替量為 16.88,m3，符合施工條件。施工時(shí)注替排量控制在 1,m3/min左右。由于本層套管內(nèi)有 TAP閥，故在空心膠塞通過(guò)TAP閥前，排量降至200～300,L/min。碰壓前1～2,m3排量降至 200～300,L/min，碰壓壓力為 32,MPa。施工順利，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

5 結(jié)論及建議

SNX 井生產(chǎn)套管固井封固段長(zhǎng)、套管尺寸小、環(huán)空大，存在漏失和氣竄的風(fēng)險(xiǎn)。這些復(fù)雜因素給固井帶來(lái)很大困難。本次固井對(duì)鄰井的資料分析全面透徹，為固井設(shè)計(jì)的合理性和可行性奠定了良好的基礎(chǔ)；固井工藝方面采用校準(zhǔn)塞校準(zhǔn)替量，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)控制循環(huán)、注替排量，注替過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生漏失情況；水泥漿方面選用高強(qiáng)度低密度與膠乳水泥漿雙凝體系，此體系可有效減小靜液柱壓力，具有良好的控制水泥漿失水，改善水泥漿流變性，提高水泥漿穩(wěn)定性，改善水泥石性能和防竄、防漏失的功效。以上幾點(diǎn)是本次固井施工成功的關(guān)鍵因素，可供類似井況固井作業(yè)參考?！?/p>

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