固井水泥漿性能對(duì)固井質(zhì)量的影響分析

李新育

（中海油服油田化學(xué)事業(yè)部塘沽作業(yè)公司固井業(yè)務(wù)部，天津 300459）

1 背景

目前，隨著對(duì)固井質(zhì)量影響因素全面而深入的研究，水泥漿性能對(duì)固井質(zhì)量的影響越來(lái)越受到固井工作人員和科研人員的高度重視。研究表明，水泥漿的體系以及性能都會(huì)不同程度地對(duì)固井質(zhì)量產(chǎn)生影響，但是關(guān)于水泥漿性能對(duì)固井質(zhì)量影響的研究主要是室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究[1-4]。利用統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的方法研究水泥漿性能對(duì)固井質(zhì)量的影響還很少，只對(duì)水泥漿的少數(shù)性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，沒(méi)有對(duì)水泥漿性能進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)[5-10]。在NH油田，能統(tǒng)計(jì)到的水泥漿主要性能包括水泥漿稠化時(shí)間、水泥漿稠化過(guò)渡時(shí)間、失水量、領(lǐng)漿長(zhǎng)度、尾漿長(zhǎng)度、領(lǐng)漿密度等。水泥漿的這些常規(guī)性能都會(huì)影響固井質(zhì)量，并且可能是多個(gè)性能共同影響著固井質(zhì)量。由此可見(jiàn)，從統(tǒng)計(jì)的角度出發(fā)，可以得到水泥漿的性能對(duì)固井質(zhì)量的影響。接下來(lái)從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度研究水泥漿性能對(duì)固井質(zhì)量的影響。

2 水泥漿性能對(duì)固井質(zhì)量的影響分析

2.1 水泥漿漿柱結(jié)構(gòu)對(duì)固井質(zhì)量的影響

2.1.1 漿柱類(lèi)型對(duì)固井質(zhì)量的影響

水泥漿的構(gòu)成包括領(lǐng)漿和尾漿雙凝結(jié)構(gòu)或者單一水泥漿結(jié)構(gòu)。單一漿體固井優(yōu)質(zhì)率低于雙凝水泥漿結(jié)構(gòu)，這是由于單一漿體面對(duì)復(fù)雜井尤其是易竄井時(shí)很難把井固好。水泥漿構(gòu)成的影響如表1所示。

由表1可知，水泥漿結(jié)構(gòu)為領(lǐng)漿和尾漿時(shí)，其第一、第二界面的固井優(yōu)質(zhì)率和總合格率都高于使用單一結(jié)構(gòu)水泥漿的情況。因此，設(shè)計(jì)水泥漿體結(jié)構(gòu)時(shí)，封隔高低壓層易竄井應(yīng)盡量考慮用領(lǐng)漿和尾漿的水泥漿結(jié)構(gòu)。

2.1.2 水泥漿領(lǐng)漿和尾漿的長(zhǎng)度比例

水泥漿領(lǐng)漿和尾漿的長(zhǎng)度比會(huì)影響候凝過(guò)程的防竄能力和固井質(zhì)量。當(dāng)領(lǐng)漿和尾漿之比很小時(shí)，緩凝的領(lǐng)漿長(zhǎng)度過(guò)短導(dǎo)致液柱壓力低于地層壓力而發(fā)生氣竄，再加之尾漿段過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致失重段增加，由此增加了氣竄的概率和U形管效應(yīng)的發(fā)生，所以會(huì)導(dǎo)致固井質(zhì)量的降低。水泥漿領(lǐng)漿和尾漿長(zhǎng)度比例的影響如表2所示。由表2可知，水泥漿領(lǐng)漿和尾漿長(zhǎng)度比大于1.0時(shí)，其第一、第二界面的固井優(yōu)質(zhì)率和總合格率明顯高于水泥漿領(lǐng)漿和尾漿長(zhǎng)度比小于1.0時(shí)的情況，尤其是領(lǐng)漿和尾漿長(zhǎng)度之比小于0.5時(shí)，固井合格率很低。因此，在設(shè)計(jì)領(lǐng)尾漿長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)注意水泥漿領(lǐng)漿和尾漿的長(zhǎng)度比例。

2.2 漿體密度差對(duì)固井質(zhì)量的影響

2.2.1 水泥漿領(lǐng)漿和鉆井液密度差

隨著水泥漿領(lǐng)漿和鉆井液密度差值越來(lái)越大，不僅浮力增加而且流動(dòng)壓力梯度也在增加，有利于提高頂替效率。水泥漿領(lǐng)漿和鉆井液密度差的影響如表3所示。由表3可知，隨著兩者差值增加固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)率增加不明顯，當(dāng)兩者差值大于0.7 g/cm3時(shí)，固井優(yōu)質(zhì)率明顯提高。因此在注水泥過(guò)程中，要特別注意控制好水泥漿和鉆井液的密度差。

2.2.2 稀水泥漿和鉆井液密度差對(duì)固井質(zhì)量的影響

稀水泥漿和鉆井液密度的差值越大，越有利于頂替效率的提高。稀泥漿和鉆井液密度差的影響如表4所示。

由表4可知，稀水泥漿和鉆井液密度差大于0.40 g/cm3時(shí)，其第一和第二界面的固井質(zhì)量明顯提高。因此，在設(shè)計(jì)稀水泥漿和鉆井液密度時(shí)，應(yīng)考慮兩者之間的差值。

2.3 水泥漿性能對(duì)固井質(zhì)量的影響

2.3.1 水泥漿初稠

水泥漿初稠對(duì)頂替流態(tài)有很大的影響，可影響頂替效率和固井質(zhì)量。當(dāng)水泥漿初稠較小時(shí)，則可能降低頂替效率；當(dāng)水泥漿初稠較大時(shí)，流動(dòng)度較低，導(dǎo)致部分環(huán)空返速達(dá)不到要求，從而影響固井質(zhì)量的提高。水泥漿領(lǐng)漿和尾漿初稠的影響如表5所示。由表5可知，水泥漿的初稠在5～10 BC時(shí)的固井質(zhì)量較高。因此，設(shè)計(jì)水泥漿初稠在一定的范圍內(nèi)可以提高固井質(zhì)量。

表5 水泥漿領(lǐng)漿和尾漿初稠的影響

2.3.2 水泥漿稠化過(guò)渡時(shí)間

水泥漿的稠化過(guò)渡時(shí)間是水泥漿防竄系數(shù)的核心指標(biāo)之一，稠化過(guò)渡時(shí)間越短，防竄效果越好。這是因?yàn)槌砘^(guò)渡時(shí)間縮短后，減少了地層流體竄入井內(nèi)的時(shí)間，有效地防止竄流的發(fā)生，從而提高固井質(zhì)量。水泥漿領(lǐng)漿和尾漿稠化過(guò)渡時(shí)間的影響如表6所示。由表6可知，水泥漿領(lǐng)漿和尾漿稠化過(guò)渡時(shí)間少于20 min時(shí)，其第一、第二界面的固井優(yōu)質(zhì)率和總合格率都相對(duì)較高。因此，應(yīng)盡量使水泥漿的稠化過(guò)渡時(shí)間控制在20 min以?xún)?nèi)。

表6 水泥漿領(lǐng)漿和尾漿稠化過(guò)渡時(shí)間的影響

2.3.3 水泥漿領(lǐng)漿和尾漿稠化時(shí)間差值

水泥漿領(lǐng)漿和尾漿的稠化時(shí)間差值主要影響著水泥漿的防竄效果，差值不宜過(guò)小也不宜過(guò)大。當(dāng)水泥漿領(lǐng)漿和尾漿的稠化時(shí)間差偏小時(shí)，使領(lǐng)漿的緩凝效果減弱，地層流體有可能在領(lǐng)漿開(kāi)始失重并且尾漿膠凝強(qiáng)度未達(dá)到240 Pa時(shí)進(jìn)入井內(nèi)，導(dǎo)致竄流發(fā)生；當(dāng)水泥漿領(lǐng)漿和尾漿的稠化時(shí)間差偏大時(shí)，領(lǐng)漿的過(guò)度緩凝可能會(huì)影響尾漿的凝固效果，導(dǎo)致竄流發(fā)生，從而使得固井質(zhì)量降低。水泥漿領(lǐng)漿和尾漿稠化時(shí)間差的影響如表7所示。由表7可知，水泥漿領(lǐng)漿和尾漿的稠化時(shí)間差值介于40～60 min時(shí)，其第一、第二界面的固井優(yōu)質(zhì)率和總合格率都相對(duì)較高。因此，應(yīng)該使水泥漿領(lǐng)漿和尾漿的稠化時(shí)間差控制在40～60 min以?xún)?nèi)。

表7 水泥漿領(lǐng)漿和尾漿稠化時(shí)間差的影響

2.3.4 水泥漿性能系數(shù)SPN值

SPN值是水泥漿防竄系數(shù)的指標(biāo)之一，SPN值小于3時(shí)，表示防竄效果好；SPN介于3～6之間時(shí)，表示防竄效果中等；SPN大于6時(shí)，表示水泥漿防竄效果差。水泥漿領(lǐng)漿的SPN值的影響如表8所示。

由表8可知，水泥漿領(lǐng)漿的SPN值小于3時(shí)，固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)率較高；水泥漿尾漿的SPN值小于6時(shí)，固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)率較高。

表8 水泥漿領(lǐng)漿的SPN值的影響

因此，在用SPN設(shè)計(jì)水泥漿的防竄性能時(shí)，注意分別考慮領(lǐng)尾漿的防竄特性。

3 結(jié)論

水泥漿結(jié)構(gòu)使用領(lǐng)漿和尾漿比用單一結(jié)構(gòu)的固井質(zhì)量要高，且當(dāng)領(lǐng)尾漿的長(zhǎng)度比大于1.5和領(lǐng)尾漿的稠化時(shí)間差為40～60 min時(shí)，有利于提高固井質(zhì)量。

水泥漿領(lǐng)漿和尾漿的稠化過(guò)渡時(shí)間少于20 min時(shí)，有利于提高固井質(zhì)量。如果用水泥漿性能系數(shù)SPN評(píng)價(jià)水泥漿的防氣竄能力，則領(lǐng)漿的SPN值小于3及尾漿的SPN值小于6時(shí)，有利于保證固井質(zhì)量。