延長油田低密度水泥漿固井技術的研究與應用

摘要：固井作業是鉆井工程的關鍵環節。一旦固井質量出現問題，將會給試油、采油等油田后續工作帶來被動，嚴重時還會造成油井的報廢和資源的浪費。鄂爾多斯盆地內儲層大多數有低壓、低滲、低產以及水敏性較強的特點，探索和開發適合此類油層的固井水泥漿配方和固井工藝技術對于油田的開發至關重要。

關鍵詞：固井低密度漂珠水泥漿

0引言

近年來，國內外科研機構利用顆粒級配充填堆積理論，采用多種低密度材料復配，通過不同的水泥漿外加劑的調節，研究開發了1.20～1.65g／cm3不同密度的水泥漿體系。低密度水泥漿體系，必須較好地解決低密度材料上浮，保證漿體的穩定性，同時水泥石的強度要滿足射孔和改造需求，選擇較好的不同粒徑的材料，相互配合充填粒徑間的空隙，緊密堆積以提高其抗壓強度。近年來，已經應用的低密度水泥漿體系形成的水泥石的強度大幅度提高，在48h后強度能達到14MDa。鄂爾多斯盆地內儲層大多數有低壓、低滲、低產以及水敏性較強的特點，因此除了在鉆井過程中保護好油氣層外，完井固井施工過程中的油氣層保護更加重要，根據對玉門青西油田孔隙裂縫型油藏采用低密度水泥漿固井調研，使用低密度水泥漿固井前，射孔投產后一般都要進行酸化后才能高產，而采用低密度水泥漿固井后直接投產后就可以獲得百頓以上的高產，延長油礦通過近幾年的研究和現場使用，目前低密度水泥漿固井已經成熟。

1低密度水泥漿體系的確定

1.1低密材料的優選目前，低密度水泥漿的減輕劑可分為兩類，一類是自身密度較大，主要靠增大水灰比(水固比)來降低水泥漿密度的減輕劑，這類材料有粉煤灰、膨潤土、膨脹珍珠巖、火山灰、水玻璃等，但為了保證漿體的穩定性、均勻性和強度，用水量受到限制，否則難于保證漿體的綜合工程性能。這類減輕劑配制的低密度水泥漿的密度一般在1.50g／cm3以上，且使用溫度條件要求較高。第二類是自身的密度小于水的減輕劑，如空心微珠、空氣、氮氣等。用這類材料作減輕劑配制低密度水泥漿，在較低水固比時，就可獲得較低密度的水泥漿，從而易配制密度較低而水泥石的強度較高的水泥漿。

為了保證水泥漿具有較好的穩定性、合適的流變性和密度、較高的早期強度，根據鄂爾多斯盆地內儲層的特點，選擇了漂珠作為減輕劑。用漂珠作減輕劑配制低密度水泥漿，在較低液固比時，就可獲得較低密度的水泥漿，從而使得水泥石的強度較高。

空心微珠具有質輕(顆粒密度為0.70g／cm3左右，其材質密度約為2.40g／cm3)、密閉(珠殼的壁厚為珠直徑的5％～30％)、粒細(顆粒粒徑約為40 um～250 um，比水泥顆粒大3—4倍)和活性強等特點。其殼體主要由硅鋁玻璃材質組成，能與水泥水化產物Ca(OH)2和礦物中的CaS0。作用，生成具有膠凝特性的產物，從而有利于水泥石強度的發展和滲透率的降低，是一種良好的減輕劑。

1.2低密度水泥漿體系的確定在選擇使用漂珠作為減輕劑的基礎上，結合延長油田的實際特點，通過對國內幾個添加劑生產廠家的產品的室內評價，確定了主要外加劑的型號，降失水劑TW200S、分散劑TW401、緩凝劑TW302、消泡劑TW501、增強劑PZW-A。

1.2.1含水量的確定通常，水泥漿的水灰比減小，配出的水泥漿密度就增高，流動性也變差，低密度水泥漿也符合這個規律。當水灰比增加時，水泥漿密度就下降，但整個水泥漿體系的穩定性變差，游離水增大，同時水泥石的抗壓強度降低，體積收縮率增加。因此，為了確保水泥漿的性能，不能盲目地增加含水量，應該首先確定它們的正常用水量，若有必要還應該確定它們的最小用水量。

1.2.2減輕劑摻量的確定減輕劑在不同摻量下，為達到同一設計密度的水泥漿，可以通過其不同含水量來實現。減輕劑摻量較小時，若加水量較大，水泥石的收縮率也較大。隨著減輕劑摻量的增加，水泥石強度也逐漸增大，這是由于減輕劑濃度增大的緣故。當摻量達到與水泥的比例一定時，在正常含水量的情況下，其水泥石的抗壓強度最高，這時，減輕劑與水泥的比稱為正常比，而其正常加水量稱為最佳含水量，每種減輕劑的正常比和最佳含水量都是不同的。

1.2.3低密度水泥漿體系配方及性能對于封固井段靜止溫度低于60℃的情況。根據選擇的減輕劑和水泥添加劑，通過試驗得到密度1 30～1 50g／cm3，低密度水泥漿的典型配方及主要性能(見表)。

由表可見，使用TW系列添加劑配制的密度1.30-1.50g／cm3低密度水泥漿的綜合性能協調性較好。水泥漿的失水可控制在50ml左右，漿體穩定無自由水，稠化時間可調整的范圍較大，有利于適應不同的施工時間的要求。

3固井質量工藝研究

要獲得良好的固井質量，采取合理的施工工藝技術與使用優質的水泥漿同等重要，且它們不能相互替代，缺一不可。眾所周知，套管的居中程度、井徑規則程度、鉆井液、隔離液、水泥漿流變性匹配情況、頂替流態與紊流接觸時間、水泥漿密度的均勻程度、固井前鉆井液性能的調整結果等等，對固井質量均有不同程度的影響。

3.1井眼準備：在鉆進過程中保證井徑規則程度，減少“大肚子”、“糖葫蘆”之類的井眼，保證井眼穩定減少掉塊和井壁坍塌，及時堵漏提高地層承壓能力，固井前調整好鉆井液性能等。這些工作的目的是為國井提供一個良好的井眼條件。

3.2合理的加放扶正器使套管居中：要盡量降低套管在井眼中的偏心程度，目前所采取的措施是在套管上安裝套管扶正器。對于斜井或井斜角較大的直井，應用扶正器安放位置設計軟件進行模擬設計，以保證套管居中度不低于66 7％的要求。對于直井，按關鍵井段(如油氣層段)每根套管一個扶正器安放，其余可每二根套管一個扶正器。

3.3固井前調整鉆井液性能并充分循環：盡管鉆井液的流變性能因受地層等因素制約使可調整的范圍有限，但為提高頂替效率，應在條件許可的情況下盡可能按固井需求進行調整。調整鉆井液性能，其技術實質是改善流變性。調整原則是：在保證井下安全的前提下盡量降低其塑性粘度、動切力和靜切力，減小觸變性影響。在固井前充分循環也是被證明的一項提高固井質量的措施，因為充分循環可將井內沉砂洗出，有利于提高頂替效率，也可以清除井壁上的虛泥餅，置換“死”泥漿，有利于水泥與地層的膠結。

3.4制定合理的施工參數：根據完井的井眼條件，確定合理的施工參數，采用適量的前置液，保證水泥漿具有好的流變性，替漿盡量采用紊流頂替，延長紊流接觸時間及增大紊流程度等。

3.5根據施工設計進行注水泥漿施工：各種液體的用量按設計注入，水泥漿密度按設計進行控制，替漿排量與泵壓按設計要求實施，特殊情況現場可據情況進行適當調整的幅度應事先進行過相關計算。

4低密度水泥漿體系的現場應用

通過對室內試驗配方的分析，結合開發需求和油層固井的施工條件，確定了油層固井的水泥漿密度范圍為1.45—1.50 g／cm3，通過幾年的現場使用評價及水泥漿配方的不斷優化，低密度水泥漿固井有效地避免了固井施工的井漏問題，并且將油層固井對地層的損害減少到最低，有效的保護了油氣層，為油田的開發做出了一定的貢獻。

5結論及認識

5.1通過試驗及現場施工檢驗，對密度1.30g／cm3、1 40g／cm3、1.45g／cm3、1 50g／cm3低密度水泥漿配方進行了篩選和優化，并確定了較成熟的低密度水泥漿體系，結果表明，固井質量良好。

5.2通過固井施工及油田開發的檢驗說明低密度水泥漿體系的是滿足杏子川采油廠油田油層固井要求的。