適合海上低滲氣田水平井固井的柔性水泥漿體系研究

趙慧(中海油田服務(wù)股份有限公司湛江分公司油田化學(xué)事業(yè)部，廣東 湛江 524057)

適合海上低滲氣田水平井固井的柔性水泥漿體系研究

趙慧(中海油田服務(wù)股份有限公司湛江分公司油田化學(xué)事業(yè)部，廣東 湛江 524057)

海上低滲氣田水平井固井的特殊性，要求一種能夠滿足開(kāi)發(fā)、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的柔性水泥漿體系用于固井。本文簡(jiǎn)單的介紹了一種柔性水泥漿體系具有較好的機(jī)械性能，在初始粘稠度、稠化時(shí)間、失水量、流變性、抗壓強(qiáng)度等方面能夠滿足基本需求，為柔性水泥漿體系的構(gòu)建提供借鑒。

海上氣田；低滲氣田；水平井；柔性水泥漿

油氣資源是一種戰(zhàn)略性的不可再生資源，油氣資源開(kāi)發(fā)關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展能源需求能否得到滿足，關(guān)系到社會(huì)經(jīng)濟(jì)正常穩(wěn)定發(fā)展和人民生活。我國(guó)海上油氣資源十分豐富，近年來(lái)海上油氣田水平井的數(shù)量激增。低滲透油氣田滲透率低，產(chǎn)量較小，需要壓裂措施提高生產(chǎn)能力，海上的此類(lèi)油田若想要達(dá)到理想的經(jīng)濟(jì)效益，常規(guī)的開(kāi)發(fā)方式難以滿足需求，需要配合合適的固井技術(shù)提高低滲透氣田的開(kāi)發(fā)價(jià)值。本次研究試探討適合海上低滲氣田水平井固井的柔性水泥漿體系構(gòu)建思路。

1 低滲油氣田固井水泥石評(píng)價(jià)

低滲油氣田開(kāi)發(fā)通常采用水平井鉆井結(jié)合壓裂完井方式進(jìn)行,這需要鉆井、固井、射孔和壓裂多程序有機(jī)配合，如何在射孔以及后期增產(chǎn)措施中保證固井水泥石的完整性，是開(kāi)發(fā)能否成功的關(guān)鍵。為尋求一種理想的固井水泥漿評(píng)價(jià)體系，需要做好水泥漿體系的評(píng)價(jià)。一般情況下，水泥凝固比較脆，膠結(jié)、剪切、抗沖擊能力較差，與此同時(shí)油井固結(jié)井壁的水泥環(huán)比較薄，容易受頻繁的機(jī)械作用，出現(xiàn)破裂、密封環(huán)性能下降情況，影響油氣田的開(kāi)發(fā)。水泥的硬脆是油井水泥環(huán)在復(fù)雜井下工況中失效的主要原因，故需要改善油井的水泥石力學(xué)性能，賦予其形變能力，增加抗沖擊破碎性能，應(yīng)對(duì)應(yīng)力集中帶來(lái)?yè)p害。目前用于水泥漿性能評(píng)價(jià)的體系指標(biāo)主要包括密度、初始粘稠度、稠化時(shí)間、失水量、流變性、抗壓強(qiáng)度等，除這些傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)外，還需要增加封隔性能、模擬射孔水泥石性能等指標(biāo)的評(píng)價(jià)[1]。以水泥漿的封隔性能為例，水泥漿水固化過(guò)程中常常有明顯的體積收縮，體積收縮是導(dǎo)致流體竄通的主要原因，體積收縮是水泥漿水化后體積小于水化前顆粒的體積所致，收縮對(duì)固化水泥石的機(jī)械特性有顯著的影響，從而影響固井其他機(jī)械性能，影響使用壽命，最終影響有效開(kāi)發(fā)。開(kāi)展封閉隔離驗(yàn)竄監(jiān)測(cè)，需要利用專(zhuān)用的儀器，該儀器能夠?qū)崿F(xiàn)高溫下的驗(yàn)竄試驗(yàn)，與計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，直接讀取數(shù)據(jù)，操作簡(jiǎn)單，結(jié)果直觀可靠。

2 水泥漿體系研究

水平井固井的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于兩方面：①固井作業(yè)中，保證水平井水泥漿能夠高效的頂替與置換，以充分充填井眼環(huán)空，保證水泥石與界面的良好膠結(jié)；②固井作業(yè)結(jié)束后，射孔、壓裂過(guò)程中，能夠維持水泥石的完好性，確保水泥石能夠承受高速劇烈沖擊，維持水平段封隔的完整性，保障壓裂作用順利開(kāi)展[2]。要達(dá)到以上要求，便需要高穩(wěn)定性、無(wú)自由液、高柔性、低濾失的水泥漿。海上油氣田主要技術(shù)指標(biāo)包括以下幾個(gè)方面：①水泥漿密度1.5～1.9 g/cm3可調(diào)；②流變性φ300＜300；③沉降穩(wěn)定性＜0.06 g/cm3；④稠化時(shí)間滿足施工要求，水泥石24小時(shí)強(qiáng)度＞16.0MPa；⑤壁面膠結(jié)性能提高率＞30%；⑥封隔效果大于10MPa/m。

經(jīng)過(guò)常規(guī)篩選優(yōu)化，確立了1.5～1.9 g/cm3柔性水泥漿的基本配方體系。以1.5～1.9 g/cm3型號(hào)為例，基本配方為100%G級(jí)水泥＋22%減輕劑＋12%PF-2增強(qiáng)劑＋0.5%EXP-1膨脹劑＋45%淡水＋6.0%CG88L降濾失劑＋0.4%CF44L分散劑＋0.7% H21 L-M緩凝劑＋1.0%CJ56L穩(wěn)定劑＋0.8%CX601L消泡劑＋

5.0 %膠乳＋0.2%S.Smm杜拉纖維＋6%MCSEAL孔隙支撐劑＋

0.2 %偶聯(lián)劑，而后對(duì)水泥漿體系進(jìn)性能測(cè)試。結(jié)果顯示如下表1。同時(shí)進(jìn)行穩(wěn)定性、稠化時(shí)間、抗射孔沖擊能力、膠結(jié)性能、封隔性能的評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示性能較好，但距離前文提到的技術(shù)指標(biāo)仍存在一定的差距。先進(jìn)行了因素分析，分析試驗(yàn)溫度對(duì)稠化時(shí)間的影響，以溫度為例，55、60、65℃下，水泥漿的稠化時(shí)間逐漸下降趨勢(shì)，稠度先上升后下降[3]。而后分析緩凝劑對(duì)水泥漿稠化時(shí)間的影響，結(jié)果顯示在0.15、0.18、0.25、0.38、0.50% H2IL緩凝劑添加量下，體系稠化時(shí)間不斷上升，初始稠度先上升后下降。同理研究顯示，升溫時(shí)間、壓力、停開(kāi)機(jī)都會(huì)對(duì)稠化性能存在顯著影響。我們還分析了水泥漿濾液對(duì)油氣儲(chǔ)層的影響，結(jié)果顯示SATRO防水鎖定劑添加量直接影響濾液表面張力，會(huì)導(dǎo)致水泥漿濾液表面張力、水泥漿濾液界面張力下降，與已有水泥漿體系相比較，其抗沖擊強(qiáng)度達(dá)到2.98KJ/m2，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。研究顯示，在采用高效降濾失劑控制濾失與自由液并通過(guò)調(diào)節(jié)分散劑和緩凝劑來(lái)滿足施工性能的情況下,采用膠乳、纖維和孔隙支撐劑可改善水泥石的抗沖擊性能后,可以得到的水泥漿體系較穩(wěn)定，具有較好的流變性、極低的濾失，較好的強(qiáng)度[4]。

表1 不同水泥漿密度的流變與失水性能對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

水泥漿的流變性能、稠化時(shí)間、沉降穩(wěn)定性能等，能夠通過(guò)緩凝劑、分散劑和消泡劑進(jìn)行調(diào)節(jié),設(shè)計(jì)者需要充分考慮開(kāi)發(fā)需求、環(huán)境條件對(duì)固井的要求，合理的配比，優(yōu)化水泥漿體系。

[1]于永金,靳建洲,齊奉忠.功能性固井工作液研究進(jìn)展[J].鉆井液與完井液,2016(04):1-7.

[2]張凱,李明,劉小利,胡光輝,魏周勝,郭小陽(yáng).國(guó)內(nèi)外小井眼固井技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].鉆采工藝,2015(02):23-26+7.

[3]鄭凱,李明,劉小利,李早元,郭小陽(yáng).多分支井固井完井技術(shù)研究進(jìn)展[J].鉆采工藝,201,(06):36-38，50，3.

[4]孫清德.國(guó)外高溫高壓固井新技術(shù)[J].鉆井液與完井液,

2001(05):13-17.