海拉爾探區(qū)影響固井質(zhì)量的因素分析

萬 征

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

1 海拉爾盆地基本特征

1.1 地質(zhì)因素

對海拉爾盆地的地質(zhì)構(gòu)造壓力系統(tǒng)、地層流體分布狀況認(rèn)識還不夠全面，該地區(qū)屬于拉張型裂陷盆地，凹陷多以箕式斷陷為主，具體可劃分為三坳兩隆五個一級構(gòu)造單元，進(jìn)一步分為16個凹陷，四個凸起共20個二級構(gòu)造單元。地層分布自下而上依次為基底，上侏羅統(tǒng)興安嶺群，下白堊統(tǒng)銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組、伊敏組，上白堊統(tǒng)青元崗組，第三系和第四系。

1.2 儲集層巖性特征

（1）海拉爾盆地發(fā)育多種類型儲集層，包括砂巖、砂礫巖、泥巖裂縫、火山巖裂縫及變質(zhì)裂縫洞五種類型。

（2）巖屑組分中巖屑含量很高，平均含量大于50%，巖石類型為長石質(zhì)巖屑砂巖或長石砂巖。只有烏爾遜凹陷南上段砂巖巖屑含量較低，小于25%，為混合砂巖或長石砂巖。

（3）砂巖膠結(jié)物種類多，含量高，膠結(jié)類型以孔隙式為主，膠結(jié)物有泥質(zhì)、方解石、硅質(zhì)等，總量大于20%。

（4）砂巖中的粘土礦物主要有蒙皂石、高嶺石、伊利石、混合層及少量綠泥石。海拉爾盆地砂巖中粘土礦物絕對含量比松遼盆地要高得多。

2 儲層及底層分析

2.1 儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征

海拉爾盆地砂巖儲集層有四種基本孔隙類型，它們是原生粒間孔隙、溶蝕孔隙、微孔隙和裂縫孔隙。其中，粒間孔隙和微孔隙分布最廣。

2.2 儲層的物性特征

總的來說海拉爾盆地砂巖儲層物性具有“中孔低滲”的特點，部分地區(qū)和層段也有高滲透砂巖分布。

（1）砂巖孔隙度隨深度增加而減少。在1200m深度以內(nèi)孔隙度大于20%，1200～2000m深度內(nèi)，孔隙度為30%～20%，2000m以下，孔隙度小于10%。和松遼盆地相比，海拉爾盆地砂巖所經(jīng)受的壓實作用要強(qiáng)得多。這是因為該區(qū)砂巖多屬巖屑砂巖，剛性組分少，不穩(wěn)定組分巖屑含量高，骨架顆粒抗壓能力差。另一方面砂巖中泥質(zhì)多，也易被壓實。

（2）大多數(shù)井段砂巖平均滲透率低，一般小于1×10-3μm2或只有幾個1×10-3μm2，僅有少部分井段高。

（3）孔隙度和滲透率之間的相關(guān)關(guān)系不像松遼盆地那樣明顯。孔隙度大，滲透率不一定高。主要原因是微孔隙所占體積太大。

2.3 地質(zhì)情況復(fù)雜

海拉爾盆地內(nèi)存有斷層，凹陷、裂縫比較發(fā)育，并且地下水層的連通狀況不一，造成地下壓力系統(tǒng)比較紊亂，相鄰兩井無參考性和可比性。如：倫2井，雙級固井，在二級替漿時，排量是2.6m3，替至8m3，泵壓由2MPa升至6MPa，井口排量減小，替至12m3時泵壓仍為6MPa，井口不返，后改單泵排量1.5m3，替壓由3MPa升至8MPa結(jié)束，井口始終不返。而相鄰的德3井一次性封固1000m以上，并沒有發(fā)生井漏。

海拉爾探區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性對固井設(shè)計、施工及固井質(zhì)量等方面有一定的影響。

長封固井（1000m以上）對固井質(zhì)量的影響：由于海拉爾地區(qū)地質(zhì)分層多，無法割舍，故多為淺井長封井，在較低井溫條件下，井底與水泥面的溫差較大，且使用適合深井的G級油井水泥固井，加之固井用水的水質(zhì)影響，使得水泥漿凝結(jié)時間長、稠化時間長帶來了一系列不良影響。

水泥漿水泥面和井底的凝結(jié)時間對比見表1。

表1 水泥漿水泥面和井底的過渡時間對比

從表1可以看出，水泥漿水泥面和井底的過渡時間差別較大，使用原漿固井不可避免地造成溫度低處過渡時間過長，增大了水氣竄的可能性。

不同溫度對水泥石抗壓強(qiáng)度的影響見表2。

表2 不同溫度對水泥石抗壓強(qiáng)度的影響

據(jù)有關(guān)研究表明，水泥石抗壓強(qiáng)度大于18MPa就能得到一個穩(wěn)定的聲變結(jié)果，但從表中看出，35℃時抗壓強(qiáng)度小于18MPa，對聲變產(chǎn)生一定影響。

2.4 地層壓力的影響

為了掌握地層壓力對固井質(zhì)量的影響，統(tǒng)計了近幾年試油結(jié)果得出的油氣層地層壓力數(shù)據(jù)，具體情況見表3。

從表3可以看出，海拉爾地區(qū)探井的油氣層壓力屬于正常壓力系統(tǒng)，一般壓力系數(shù)在0.92～1.08之間，而水層的地層壓力數(shù)據(jù)欠缺，但從實鉆情況[霍1井固井后，環(huán)空出水，當(dāng)時鉆井液密度1.15g/cm3，巴4井鉆井過程中，鉆井液密度1.10g/cm3，多次出現(xiàn)低粘、低密度井段，并且在1300～1350m井段，完井電測多次遇阻，通井下套管也在此井段遇阻，鉆井液密度1.19g/cm3循環(huán)鉆井液發(fā)現(xiàn)水侵。貝3-1井鉆遇水層14層（1314～1315m取芯證實）,貝9井鉆進(jìn)過程中發(fā)生水浸，導(dǎo)致井塌],說明海拉爾探區(qū)部分井地下水層壓力存在異常。而該區(qū)地下水層壓力系數(shù)比較可疑，從鉆井過程中出現(xiàn)的水侵推斷，水層壓力系數(shù)在1.20左右。

由于鉆井液密度是依據(jù)油層的壓力設(shè)計的，而沒有考慮水層壓力情況，又由于水泥漿膠凝失重，導(dǎo)致水層壓不穩(wěn)，發(fā)生水竄。

2.5 地層水極其發(fā)育并含有溶解CO2氣

通過對海拉爾固井質(zhì)量的分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)井中淺層段的水層對固井質(zhì)量影響很大，以霍1井、貝301井為例來說明地下水層的發(fā)育情況及對應(yīng)的聲變結(jié)果。具體情況見圖1、圖2。

表3 海拉爾盆地部分井地層壓力系數(shù)統(tǒng)計表

海拉爾地區(qū)水層發(fā)育，有的水層長達(dá)100m，由于地層水極其發(fā)育并含有溶解CO2氣，水氣竄的控制顯得極為重要。

圖1 霍1井測井綜合解釋圖

圖2 貝301井測井綜合解釋圖

3 水質(zhì)因素對固井質(zhì)量的影響

3.1 水質(zhì)化驗基本情況

取海拉爾探區(qū)固井用水（河水、井水）、地下水（紅3井、銅4井）進(jìn)行了水質(zhì)化驗分析，具體情況見表4。

從以上可以看出，海拉爾地表水和地層水礦化度較高，尤其是Cl-、SO42-、Mg2+濃度高。特別是從銅字號井地下水看含有大量的HCO3-離子。室內(nèi)試驗表明，用這種礦化度的水配制的水泥漿其稠化時間延長、流變性變差并伴有發(fā)泡和水泥石體積收縮等現(xiàn)象，這無不對水泥封固質(zhì)量造成負(fù)面影響。另外，用地下水養(yǎng)護(hù)的水泥石體積嚴(yán)重收縮。

3.2 膠凝強(qiáng)度實驗

取現(xiàn)場水和自來水進(jìn)行膠凝強(qiáng)度對比實驗，實驗結(jié)果見圖3、圖4。

經(jīng)研究表明，水泥經(jīng)過膠凝過渡期（即靜膠凝強(qiáng)度從100lb/100ft2發(fā)展到500lb/100ft2的時期）越快，就越適合于防止水氣竄。

從圖3的膠凝強(qiáng)度發(fā)展曲線1可以看出，現(xiàn)場水配漿膠凝強(qiáng)度從100lb/100ft2到500lb/100ft2的過渡期為35min左右，而從圖4膠凝強(qiáng)度發(fā)展曲線2中得知，自來水配漿膠凝強(qiáng)度100lb/100ft2到500/lb/100ft2的過渡期為15min左右，顯然看出用現(xiàn)場水配漿膠凝過渡期長，對防止水氣竄不利。

表4 水質(zhì)化驗分析情況

圖3 現(xiàn)場水膠凝強(qiáng)度發(fā)展曲線

圖4 自來水膠凝強(qiáng)度發(fā)展曲線

3.3 有害離子對固井質(zhì)量影響分析

Mg2+與硅酸鹽水泥水化物Ca(OH)2反應(yīng)生成水鎂石，這是一多孔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)促進(jìn)Mg2+更進(jìn)一步浸入腐蝕水泥體。具體反應(yīng)如下：

從摻入MgCl2混漿及在恒定溫度不同濃度的MgCl2溶液中養(yǎng)護(hù)28d齡期后的水泥試件材料看出：Mg2+對水泥石的腐蝕是嚴(yán)重的，此外Mg2+對水泥的流變性及稠化、強(qiáng)度等性能影響較大，其結(jié)果見表5。

CO32-也同樣破壞水泥石結(jié)構(gòu)，使?jié)B透率和孔隙度上升。

表5 Mg2+鹽對抗壓強(qiáng)度的影響

3.4 海拉爾地區(qū)循環(huán)溫度對固井質(zhì)量的影響

按常規(guī)計算循環(huán)溫度的公式如下：

計算與實際循環(huán)溫度下水泥漿的稠化時間如下：

（1）水泥漿：稠化時間52℃×26.9MPa·min，稠化時間63℃×35.9MPa·min；

（2）現(xiàn)場水原漿：稠化時間130min/70Bc142min/100Bc，100min/70Bc119min/100Bc。

可看出2300m左右的井底靜止溫度為83℃，循環(huán)溫度為47℃，比計算的循環(huán)溫度63℃低15℃，稠化時間長了22min，說明海拉爾探區(qū)固井循環(huán)溫度低于大慶長垣同井深的固井循環(huán)溫度，如果還用計算循環(huán)溫度進(jìn)行固井設(shè)計，將嚴(yán)重影響水泥漿的性能和固井質(zhì)量。

3.5 完井時間長對固井質(zhì)量的影響

海拉爾探井完井時間較長。海拉爾探區(qū)距大慶較遠(yuǎn)，完鉆到固井等待時間長，這樣致使裸眼浸泡時間長，井眼條件變差，泥漿性能受到影響，死泥漿多，頂替效率差，從而影響固井質(zhì)量。靜態(tài)泥餅的形成，隨時間的增加，泥餅厚度顯著增加，泥餅過厚，泥餅的質(zhì)量就不能得到保證，在一定程度上影響二界面的膠結(jié)質(zhì)量。

3.6 雙級注固井的影響

由于地層破裂壓力較低(如：巴1井2030m處為32.3MPa，1899m處為34.4MPa，1798m處為27.4MPa)，且封固段長，使用低密度水泥漿受到條件限制，因此部分井采用雙級注水泥工藝，海拉爾探區(qū)自1998年以來不合格井中貝6、貝8、貝17、巴2、巴3皆為雙級注固井，分析雙級注對固井質(zhì)量的影響主要以下三個方面：①水泥漿沒過雙級箍，造成泥漿鈣化，形成“豆腐渣”影響頂替效率。②鉆雙級箍時碰撞套管，在一界面形成微間隙。③由于縮短施工時間使用承托式雙級箍，一級壓不穩(wěn)。

3.7 地理條件的影響

海拉爾地處外圍探區(qū)組織施工難度大，施工受自然環(huán)境及水泥存放等條件的限制。從海拉爾至井場最近的距離也得250km以上，且路面狀況不好，車況保障難度較大。海拉爾用水泥經(jīng)過長途運(yùn)輸，存放時間較長，易結(jié)塊，裝灰時水泥臟，有碎紙片塑料片。易造成前期注灰速率高，后期注灰速率低，前期水泥漿密度高，后期水泥漿密度低，易形成“蓋帽”。海拉爾盆地地處高寒地區(qū)，冬季長，施工組織難度大，如蘇17井，固井時地面溫度達(dá)-40℃，稍有停頓管線就有被凍的可能性。

4 結(jié)論

貝爾凹陷和烏爾遜凹陷的主要區(qū)別如下：兩區(qū)塊泥巖礦物含量明顯不同，大一段貝爾凹陷蒙脫石遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于烏爾遜北部，而伊敏組蒙脫石含量烏爾遜北部高于貝爾凹陷，由于蒙脫石水敏性強(qiáng)，易吸水膨脹，造成貝爾凹陷大一段易塌，烏爾遜凹陷北部伊敏組易剝落。統(tǒng)計各區(qū)塊井徑擴(kuò)大率情況，貝爾凹陷井徑擴(kuò)大率較大。貝爾凹陷的裂縫發(fā)育程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于烏爾遜凹陷北部，且裂縫極其發(fā)育，由于裂縫發(fā)育使得貝爾凹陷易塌，而烏爾遜凹陷蘇仁諾爾構(gòu)造嚴(yán)重時只是剝落，沒有大塊坍塌。烏爾遜凹陷南二段油層平均有效孔隙度18.1%，屬中孔中滲儲層，壓力系數(shù)0.97，地層水平均總礦化度5339.7mg/L，屬NaHCO3水型。貝爾凹陷儲層平均有效孔隙度20.8%，屬中等孔滲儲層，地層水平均總礦化度3556.17mg/L，屬NaHCO3水型。儲層原油性質(zhì)具低密度、低粘度和低凝固點特點。相對比較而言，貝爾凹陷地層有效孔隙度大，含水飽和度高，孔滲條件好，地層壓力高。