長(zhǎng)慶油田老井改造酸溶水泥漿體系的應(yīng)用初探

李志宏，陳 寧 ，劉小坤

（1.川慶鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院，陜西西安710018；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018）

本文針對(duì)長(zhǎng)慶油田長(zhǎng)停井的復(fù)產(chǎn)增產(chǎn)—封堵或暫閉技術(shù)難點(diǎn)，通過(guò)對(duì)酸溶材料配比的研究，確定了酸溶水泥漿材料組成，形成的酸溶水泥漿體系，該體系強(qiáng)度發(fā)展好，后期衰退緩慢，在52℃/24h 條件下強(qiáng)度大于7.0MPa。酸溶水泥石在12 倍鹽酸中浸泡1h 酸溶率達(dá)80%。開(kāi)發(fā)配套的降失水劑及緩凝劑。形成一套酸溶性水泥漿體系，有效解決了油田二次開(kāi)發(fā)封堵和暫閉的技術(shù)難題。

1 酸溶性水泥漿體系研究

1.1 酸溶性水泥漿酸溶機(jī)理研究及評(píng)價(jià)方法

在硅酸鹽水泥體系中，主要采用在硅酸鹽水泥中摻加碳酸鈣的方式來(lái)提高配制硅酸鹽水泥漿的鹽酸溶蝕率。這種酸溶水泥里面含有大量的碳酸鈣晶核，將水泥石用鹽酸溶解時(shí)，主要是碳酸鈣與鹽酸發(fā)生反應(yīng)。碳酸鈣與鹽酸的反應(yīng)式如下：

CaCO3＋2HCl=CaCl2＋CO2↑＋H2O

其次是水泥石與鹽酸的化學(xué)反應(yīng)。水泥水化后的產(chǎn)物為氫氧化鈣、C-S-H凝膠、鈣釩石、單硫型水化硫鋁酸鈣及其固溶體。它們與鹽酸的反應(yīng)機(jī)理如下：

氫氧化鈣：

Ca(OH)2＋2HCl=CaCl2＋2H2O

盡管硅酸鹽水泥在水化后形成了復(fù)雜的水化產(chǎn)物，水泥石被鹽酸溶解的過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所消耗鹽酸量可視為 CaO、Al2O3、Fe2O3、fCaO 與鹽酸反應(yīng)所耗鹽酸量，SiO2不與鹽酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，即使加入過(guò)量的鹽酸，仍會(huì)有不溶物SiO2存在。

反應(yīng)關(guān)系式如下：

CaO～2HClAl2O3～6HClFe2O3～6HCl

酸溶率評(píng)價(jià)方法：采用10%鹽酸進(jìn)行試驗(yàn)，記錄不同酸溶時(shí)間的水泥石的酸溶率，通過(guò)酸溶率與時(shí)間關(guān)系表征水泥石的酸溶性，酸溶率計(jì)算=（反應(yīng)前水泥石質(zhì)量-反應(yīng)后水泥石質(zhì)量）/反應(yīng)前水泥石質(zhì)量。

1.2 酸溶性水泥漿體系填充材料研究

技術(shù)思路：

（1)采用多模型顆粒級(jí)配設(shè)計(jì)，易酸蝕材料—石灰石粉(微米級(jí)CaCO3)和納米級(jí)CaCO3與水泥漿進(jìn)行密實(shí)充填。

（2)利用納米級(jí)CaCO3材料的納料特性（晶核效應(yīng)及微集料效應(yīng)），提高硅酸鹽水泥石水化反應(yīng)活性、強(qiáng)度、耐久性。

根據(jù)上述思路，確定酸溶性水泥漿配方，配方為：油井水泥60%+輕質(zhì)超細(xì)CaCO3（1250 目）40%+納米CaCO3+增強(qiáng)劑G401A12.5%+降失水劑G409F12.5%+減阻劑G408FCJ，0.4%水灰比0.48，溶蝕率與不同納米CaCO3加量關(guān)系圖見(jiàn)圖1，加入鹽酸前后水泥石反應(yīng)對(duì)比見(jiàn)圖2。

結(jié)果表明：①未加入納米CaCO3的基礎(chǔ)配方中，水泥石試件酸溶率為84%。②隨著納米CaCO3摻量增加，各試件前20min內(nèi)的酸溶速率明顯加快，表明納米CaCO3能夠有效地改善水泥石的初始酸溶效果；③當(dāng)摻量從1%增加至3%時(shí)，水泥漿的最終酸溶率從84%提升至91.8%，說(shuō)明在此摻量條件下納米CaCO3的溶蝕促進(jìn)效果明顯。

1.3 酸溶性水泥漿綜合性能

為滿(mǎn)足固井施工要求，對(duì)水泥漿在不同井況下的強(qiáng)度、流動(dòng)度、稠化時(shí)間、失水量等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。酸溶性水泥漿綜合性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

圖1 溶蝕率與不同納米CaCO3加量關(guān)系圖

圖2 加入鹽酸前后水泥石反應(yīng)對(duì)比

表1 酸溶性水泥漿綜合性能

由表1 可知：酸溶水泥漿在50℃～90℃范圍內(nèi)，稠化時(shí)間可調(diào)，強(qiáng)度發(fā)展良好，失水可控制在50mL以下，可滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 長(zhǎng)慶油田某井現(xiàn)場(chǎng)施工

完井方式：3-1/2″防腐小套管封固修復(fù)+雙層套管射孔。

漿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：正注采用二凝水泥漿體系。

領(lǐng)漿：低密度水泥漿體系，密度1.45g/cm3，封固段1300～0m。

尾漿：酸溶水泥漿體系，密度1.85g/cm3，封固段2300～1300m井段。

現(xiàn)場(chǎng)施工酸溶水泥漿體系配方性能見(jiàn)表2。

現(xiàn)場(chǎng)施工順利，酸溶解封后，增產(chǎn)效果明顯。后期又在同區(qū)塊試驗(yàn)4井次，均獲得成功。

表2 現(xiàn)場(chǎng)施工酸溶水泥漿體系配方性能

2.2 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

通過(guò)5口井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，酸溶性水泥漿體系射孔酸洗后能被完全溶蝕，能盡快恢復(fù)儲(chǔ)層原始滲透率，達(dá)到恢復(fù)流體流動(dòng)通道之目的，為油田二次開(kāi)發(fā)的封堵和暫閉提供技術(shù)保障?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論

（1)針對(duì)長(zhǎng)慶油田長(zhǎng)停井的復(fù)產(chǎn)增產(chǎn)—封堵或暫閉技術(shù)難點(diǎn)，形成酸溶水泥漿體系，該體系在50℃～90℃內(nèi)稠化時(shí)間可調(diào)、失水低、強(qiáng)度發(fā)展良好，可滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工需要。有效解決了油田二次開(kāi)發(fā)封堵和暫閉的技術(shù)難題。

（2)酸溶水泥漿體系酸溶率高，最高可達(dá)92%，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)5口井試驗(yàn)，增產(chǎn)效果明顯，是油田老井改造的一劑良方。