增韌防竄水泥漿體系在長慶油井水平井GPX-X井中的應(yīng)用

謝承斌，安少輝，滕兆健，湯少兵，孫富全

（天津中油渤星工程科技有限公司，天津300451）

增韌防竄水泥漿體系在長慶油井水平井GPX-X井中的應(yīng)用

謝承斌*，安少輝，滕兆健，湯少兵，孫富全

（天津中油渤星工程科技有限公司，天津300451）

GPX-X井是長慶油田在莊211井區(qū)部署的一口油井水平井，井深3765m，最大垂深1493.66m，水平段長達(dá)2006m，丼型為開發(fā)井，屬伊陜斜坡構(gòu)造，主要目的層為長6地層。從巖芯資料分析，莊211井區(qū)長6儲層孔隙度平均為10.4%，滲透率平均為0.23mD，屬于低孔、超低滲巖性油藏。在對低滲透油氣藏資源開發(fā)過程中，為滿足后期開采需要，固井水泥環(huán)應(yīng)具有較高的彈性形變能力和抗沖擊性能。常規(guī)固井水泥石極限應(yīng)變較小、抗沖擊性能差、脆性大，尤其是在進(jìn)行射孔、壓裂等作業(yè)產(chǎn)生的機械應(yīng)力的作用下，會對水泥環(huán)造成破壞，難以滿足低滲透油氣藏固井的技術(shù)要求。針對以上問題，在本井應(yīng)用了高韌性和抗沖擊性的增韌防竄水泥漿體系。通過在水泥漿中加入增韌防竄材料，可有效降低水泥石的彈性模量，提高水泥石抗沖擊功。與常規(guī)水泥石相比，其力學(xué)形變完整性的保持能力有較大的提高，可進(jìn)一步改善油氣井后期壓裂、增產(chǎn)等措施對水泥環(huán)壽命的影響。增韌防竄水泥漿體系在本井成功應(yīng)用，取得了很好的投產(chǎn)效果。

固井；水平井；超低滲；增韌防竄；水泥漿

低滲透油氣藏已成為我國未來油氣探勘開發(fā)的主戰(zhàn)場，目前國內(nèi)開發(fā)低滲透油藏，大多先期進(jìn)行超前注水、保持地層壓力，主要采用水平井完井，由于低滲油藏滲透率低，連通性差，滲流阻力大，油井自然產(chǎn)能很低，為了改善采收率，通常要對水平井進(jìn)行多級分段壓裂。然而固井前由于超前注水，導(dǎo)致目的層原始壓力遭到破壞，造成局部地層壓力異常，從而導(dǎo)致鄰井水竄嚴(yán)重；在固井后射孔的沖擊力、大型壓裂的交變應(yīng)力作用下，對水泥環(huán)造成了很大的破壞，導(dǎo)致層間封隔失效，進(jìn)一步加劇了油氣水竄現(xiàn)象，直接影響油氣井壽命。因此水泥漿體系不僅要具有較好的防竄能力，水泥石還要具有較好的韌性，以滿足后續(xù)增產(chǎn)措施的需要。

1 固井難點分析

（1）該區(qū)塊采用先注后采的開采方式。地層原始壓力被破壞，層內(nèi)壓力不平衡，縱橫剖面形成多壓力系統(tǒng)，傳統(tǒng)的水泥漿體系很難滿足要求；

（2）含有原油伴生氣。水泥漿在候凝過程中易發(fā)生氣竄，存在油水同層現(xiàn)象，注水后油氣水相當(dāng)活躍，增大了油氣水竄的幾率和固井難度；

（3）水平段長，下套管難度大。下套管摩阻大，易遇卡，套管附件選擇困難，對固井工具及附件的可靠性要求非常高；

（4）出油、出水，漏、侵同井存在，壓穩(wěn)目的層鉆井液密度較高，而洛河層、延長組上部層位易漏失，一次上返封固段長，固井壓力窗口窄，壓穩(wěn)目的層和防漏失矛盾突出；

（5）水平段長，油層裸露面積大，管壁油膜難以清除，水平段封固質(zhì)量難以保證；

（6）固井后體積壓裂對水泥環(huán)完整性有很高要求，保證水泥環(huán)完整性難度大。

2 固井方法和主要技術(shù)措施

2.1 固井方法

本井215.9mm鉆頭鉆深3765m，139.7mm套管下深3735m。造斜點為150m處，入窗點為1759m處，最大垂深1493.66m，水平段長2006m，裸眼段長2125m。上層244.5mm套管下深1285m。

采用一次上返方式固井。井底到上層套管鞋以上240m（1400m）采用增韌防竄水泥漿體系，水泥漿密度1.88g/cm3；1400m到井口采用密度為1.50g/cm3的輕珠水泥漿體系。

2.2 主要技術(shù)措施

本次5-1/2″生產(chǎn)層固井，固井封固段、水平段長，洛河組地層承壓能力低，為了保證固井施工順利完成，決定采取如下措施：

（1）提高地層承壓能力，認(rèn)真做好壓穩(wěn)計算，保證固井前鉆井液密度能夠壓穩(wěn)地層，防止油氣水竄，更好保證水平段固井質(zhì)量；

（2）做好產(chǎn)層通井鉆具組合，在縮徑井段反復(fù)劃眼，并調(diào)整好泥漿性能，確保套管順利下入；

（3）認(rèn)真做好5-1/2″套管通徑，保證下入井工具正常及扶正器數(shù)量，保證施工前井眼暢通；

（4）根據(jù)實際完鉆泥漿密度、鉆井排量、泵壓及鉆井過程中漏失情況分析，認(rèn)真計算入井液柱壓力計算，頂替排量及井口壓力控制；

（5）水平段采用增韌防竄水泥漿體系，優(yōu)選水泥漿配方，做到零析水、低失水、流變性能佳、近直角稠化、保證水泥漿的防竄性能、水泥環(huán)的膨脹性和韌性，確保封固質(zhì)量；

（6）固井前合理處理鉆井液粘度，降低注水泥施工前鉆井液粘切和動切力，注入8m3前置沖洗液，以有效地沖洗套管內(nèi)泥餅和粘滯泥漿，提高水泥漿的頂替效率，確保套管內(nèi)井段的固井質(zhì)量；

（7）根據(jù)實際測井圖，合理加放扶正器，保證套管居中度〉67%以上。為確保套管順利下入，確保套管居中，適當(dāng)增加滾珠扶正器的數(shù)量，減少剛性扶正器的數(shù)量；

（8）采用漂浮接箍，降低摩阻，確保套管下井順利。

3 水泥漿體系

3.1 增韌防竄水泥漿體系稠化實驗及流變性能評價

增韌防竄材料與水泥漿配伍良好，能很好地分散到水泥漿體中，對水泥漿稠化時間、流變性基本沒有影響(基本性能見表1)。

表1 增韌防竄材料對水泥漿稠化及流變性能影響

3.2 加入增韌防竄材料的水泥石力學(xué)性能評價[1-2]

水泥漿中加入增韌防竄材料后，在水泥的膠結(jié)作用下與孔隙四周形成了一種具有一定強度、能夠約束微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展、吸收應(yīng)變能的結(jié)構(gòu)變形中心，有利于降低水泥石的剛性，降低水泥石的彈性模量，增加油井水泥石塑性，改善油井水泥環(huán)力學(xué)性能，有助于解決后期因水泥環(huán)完整性受損產(chǎn)生的固井質(zhì)量問題。對加入增韌防竄材料的水泥石力學(xué)性能進(jìn)行了評價，結(jié)果如表2所示：

表2 增韌防竄材料對水泥石力學(xué)性能的影響

通過表2的試驗可以看出，隨著增韌防竄材料摻量的增加，水泥石的彈性模量逐漸降低。

圖1 加入增韌防竄材料的水泥石裂開的效果圖

圖1所示為進(jìn)行水泥石力學(xué)性能實驗后，含有增韌防竄材料的水泥石裂開截面照片，通過圖1可以看出，加入增韌防竄材料后，水泥石即使裂開，也會被增韌防竄材料形成的結(jié)構(gòu)連結(jié)，不僅能提高水泥石膠結(jié)質(zhì)量，還能阻止微環(huán)隙或微裂縫的產(chǎn)生。

3.3 加入增韌防竄材料水泥石的膨脹性能評價

增韌防竄材料摻入水泥漿后，在水泥水化過程中，分散到水泥水化產(chǎn)物表面，增韌防竄材料一方面與水泥漿中自由水結(jié)合，形成一定的結(jié)構(gòu)；另一方面與水泥水化產(chǎn)物形成網(wǎng)狀的聚合物結(jié)構(gòu)，兩者相互作用，使得水泥石本身表現(xiàn)出了一定的膨脹性，使得固井后水泥環(huán)不會出現(xiàn)收縮，減少了出現(xiàn)微環(huán)隙的可能性。試驗結(jié)果如表3所示。

表3 摻有增韌防竄材料的水泥石膨脹試驗結(jié)果

3.4 加入增韌防竄材料水泥石的防竄性能評價[3-5]

根據(jù)SY/T 5504.5-2010行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在50℃和80℃下，進(jìn)行了水泥漿防竄試驗，試驗結(jié)果如表4所示。

通過實驗證明，加入增韌防竄材料的水泥漿可以有效地阻止竄流的發(fā)生。

4 增韌防竄水泥漿應(yīng)用實例

稠化試驗條件：55℃×25MPa×25min。

尾漿組成：G級水泥+增韌防竄劑+降失水劑+分散劑+緩凝劑+48%現(xiàn)場水。

現(xiàn)場施工順利，水泥漿性能完全滿足現(xiàn)場要求。

5 結(jié)論

固平28-21井三開現(xiàn)場固井施工順利，固井后

表4 摻有增韌防竄材料的水泥漿防竄實驗結(jié)果

表5 增韌防竄水泥漿性能

圖2 增韌防竄水泥漿稠化曲線

2006m水平段采用水力泵送橋塞體積壓裂，13d完成18段66簇壓裂，單井改造段數(shù)、簇數(shù)均為國內(nèi)同工藝之最。該井投產(chǎn)第一個月平均日產(chǎn)油25.5t，創(chuàng)造了致密油水平井單井產(chǎn)量最高紀(jì)錄。實例證明增韌防竄水泥漿體系有著良好的施工性能，其水泥石力學(xué)性能完全滿足固井后壓裂、增產(chǎn)措施的要求，取得了很好的現(xiàn)場應(yīng)用效果。

[1] 李早元，郭小陽，等.油井水泥環(huán)降脆增韌作用機理研究[J].石油學(xué)報，2008，5(3):438-441.

[2]李早元，郭小陽.橡膠粉對油井水泥石力學(xué)性能的影響[J].石油鉆探技術(shù)，2008，11(6):52-55.

[3]劉崇建，黃柏宗，等.油氣井注水泥理論與應(yīng)用[M].石油工業(yè)出版社，2001:316-317.

[4] ZHU Haijin,LV Guangming,LIU Aiping,XIE Chengbin,AN Shaohui.Research on a New Method to Evaluate the Hydrostatic Pressure of Cement Slurries——SPE Asia Pacific Drilling Technology Conference and Exhibition,2012.

[5] 丁士東.固井后環(huán)空氣竄預(yù)測新方法[J].鉆井液與完井液，2003,20（6）：30-33.

TE256

B

1004-5716(2015)10-0041-04

2014-10-14

2014-10-14

謝承斌（1964-），男（漢族），湖南澧縣人，高級工程師，現(xiàn)從事固井技術(shù)研發(fā)、服務(wù)及管理工作。