低壓高滲調(diào)整井固井水泥漿體系研究與應(yīng)用

曾慶和

大慶鉆探工程公司鉆井生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)一公司

低壓高滲調(diào)整井固井水泥漿體系研究與應(yīng)用

曾慶和

大慶鉆探工程公司鉆井生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)一公司

大慶油田針對(duì)調(diào)整井儲(chǔ)層流體介質(zhì)的變化可能帶來的固井質(zhì)量問題，分析了近年來調(diào)整井固井質(zhì)量變化規(guī)律，試驗(yàn)研究了以喇嘛甸聚驅(qū)試驗(yàn)區(qū)為典型區(qū)塊的儲(chǔ)層流體水質(zhì)特點(diǎn)，探索了影響調(diào)整井固井質(zhì)量的主導(dǎo)因素，提出了防滲增強(qiáng)水泥漿體系的研究思路和配套措施，經(jīng)過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，見到了較好效果。

固井；低壓高滲；抗腐蝕；水泥漿

1　概述

目前，油田開發(fā)已進(jìn)入高含水后期三次加密調(diào)整和三次采油階段，固井質(zhì)量面臨一系列新的問題。根據(jù)對(duì)調(diào)整井固井質(zhì)量不合格井影響因素統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)高滲低壓層做為主要影響因素所占比例已由“九五”期間的30%上升到“十五”期間的65%，說明高滲低壓層已成為目前影響固井質(zhì)量的主導(dǎo)因素。此外，在三次采油相對(duì)集中的喇嘛甸、北二區(qū)西塊等區(qū)域內(nèi)，固井質(zhì)量較差，聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等驅(qū)油介質(zhì)對(duì)固井質(zhì)量影響已初步顯現(xiàn)。在固井質(zhì)量檢測(cè)方面，大慶油田采用了15天聲變，使調(diào)整井固井面臨著前所未有的矛盾。采用以往成熟的技術(shù)已無法解決這些問題。

2　調(diào)整井固井質(zhì)量分析

2.1影響固井質(zhì)量原因分析

根據(jù)統(tǒng)計(jì)檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，調(diào)整井固井質(zhì)量異常層位發(fā)生了較大變化，主要表現(xiàn)是由低滲高壓層轉(zhuǎn)向高滲低壓層。2000年以前，調(diào)整井固井質(zhì)量易出現(xiàn)問題的井段主要集中在以S0～S2為代表的低滲高壓層，約占非優(yōu)質(zhì)井總數(shù)的60～70%。2000年以后，在高滲低壓層（S3、P1、P2）出現(xiàn)膠結(jié)異常的井則達(dá)到60%以上，而高壓層作為主導(dǎo)因素所占比例明顯減少。這說明影響固井質(zhì)量的主要矛盾已經(jīng)發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

2.1.1地層壓力剖面結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化

調(diào)整井鉆井區(qū)塊地層壓力總體上得到不斷下降，表現(xiàn)在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上的是各區(qū)塊洗井鉆井液密度的不斷降低。在油層封固質(zhì)量方面，高壓層對(duì)固井質(zhì)量影響的主導(dǎo)地位得到抑制，但低壓高滲層對(duì)固井質(zhì)量的影響全面顯現(xiàn)。

2.1.2儲(chǔ)層流體介質(zhì)發(fā)生了變化

2000年以后，三元復(fù)合驅(qū)投入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，聚合物驅(qū)油大面積推廣。在三采試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，由于聚合物、強(qiáng)堿及表面活性劑的注入，地層流體介質(zhì)發(fā)生了較大變化。與此同時(shí)，調(diào)整井高滲低壓層固井質(zhì)量問題比例不斷上升，尤其在三采試驗(yàn)區(qū)內(nèi)固井質(zhì)量問題顯得更加突出。

2.2高滲低壓層對(duì)固井質(zhì)量影響機(jī)理

2.2.1滲流作用

在固井施工時(shí)，對(duì)應(yīng)高滲低壓層井段的環(huán)空水泥漿柱在環(huán)空壓差的作用下，水泥漿中的自由水會(huì)向高滲低壓層中發(fā)生滲流，從而使水泥漿失水，失水量與環(huán)空壓差及滲透率符合達(dá)西定律的滲流原則。

2.2.2腐蝕作用

主要發(fā)生在以聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)為主的三采試驗(yàn)區(qū)，由于新型驅(qū)油介質(zhì)的注入，改變了地層流體的礦化度。以喇嘛甸地區(qū)注聚試驗(yàn)區(qū)為典型區(qū)塊，分析了地質(zhì)及地層壓力特點(diǎn)，對(duì)該區(qū)塊內(nèi)水驅(qū)、聚驅(qū)注入液、采出液進(jìn)行了水質(zhì)分析。

用喇嘛甸地層水制備成腐蝕液。將哈爾濱A級(jí)水泥石試件在45℃下養(yǎng)護(hù)24h脫模，洗凈表面油污，分別放入45℃的自來水和腐蝕溶液中浸泡2d、7d、15d、30d，對(duì)水泥石的耐腐蝕性能進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)表明，喇嘛甸地區(qū)地層水對(duì)水泥石存在腐蝕作用。從理論上分析，腐蝕主要有兩種類型：一類是水的溶蝕，另一類是化學(xué)腐蝕，因此，水泥石的腐蝕均與組成水泥石基體中Ca（OH）2晶體的含量和水泥石自身的滲透率以及水質(zhì)中Cl-、HCO3-、CO32-、SO42-等離子濃度密切相關(guān)，Ca（OH）2晶體越多，滲透率越大，水泥石被腐蝕破壞的速度越快。

3　防滲抗腐蝕水泥漿體系研究

3.1水泥漿體系優(yōu)選思路

選擇了具有增強(qiáng)作用和超細(xì)活化材料的DSP作為水泥漿體系的基礎(chǔ)摻料，并加入一定比例的降失水劑、膨脹劑和其它調(diào)節(jié)劑，形成防滲抗腐蝕水泥漿體系。

3.2水泥漿配方優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

使用G級(jí)水泥作為基礎(chǔ)材料，分別添加不同比例的DSP，檢驗(yàn)水泥漿的抗壓強(qiáng)度和滲透率指標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)表明，隨著DSP加量的增加，水泥石的抗壓強(qiáng)度相應(yīng)提高，滲透率降低，當(dāng)DSP加量超過15%后，抗壓強(qiáng)度、滲透率變化很小，水泥石基本不滲透。因此，確定DSP的加量確定為為15%。

為確保水泥漿具有較好的流動(dòng)性，較低的失水，較短的水泥漿過渡時(shí)間等，優(yōu)選了降失水劑。該降失水劑可迅速溶解并吸附在水泥顆粒上，改變水泥顆粒表面的物理化學(xué)性能，形成一種以水泥顆粒為節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)狀聚集體，在顆粒表面迅速覆蓋孔道形成致密濾餅，可將水泥漿的API濾失量降至50ml以下，具有顯著的降失水及防竄效果。

3.3水泥漿體系性能及特點(diǎn)

利用DSP以及相應(yīng)配套的降失水劑、膨脹劑和調(diào)節(jié)劑，在45℃的溫度下，進(jìn)行了水泥漿綜合性能評(píng)價(jià)，可以看出，防滲抗腐蝕水泥漿體系具有稠化時(shí)間短且可調(diào)、游離液為零、API失水量低，水泥漿流變性能良好、水泥石抗壓強(qiáng)度高、滲透率低、體積微膨脹等優(yōu)點(diǎn)，有利于防腐、防竄。

3.4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

應(yīng)用防滲抗腐蝕水泥漿體系在喇嘛甸地區(qū)試驗(yàn)12口井，固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)8口，合格4口。

對(duì)比48h聲變質(zhì)量和15d延時(shí)聲變質(zhì)量，喇9-斜PS1622井固井質(zhì)量從48h的合格到15d的優(yōu)質(zhì)，其它井固井質(zhì)量沒有發(fā)生明顯的變化；但膠結(jié)異常井段有減少趨勢(shì)，BI值基本維持不變，表明防滲抗腐蝕水泥漿體系起到了有效作用。這是因?yàn)樵撍酀{體系能夠在水泥石表面形成保護(hù)膜，阻止了地層流體對(duì)水泥石的侵蝕，同時(shí)由于水泥石的微膨脹作用，彌補(bǔ)了微間隙和微裂縫，有利于15天聲變質(zhì)量維持穩(wěn)定或變好。

4　結(jié)論

根據(jù)調(diào)整井高滲低壓層固井質(zhì)量難點(diǎn)和三次采油階段聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)條件下地層流體特點(diǎn)，開發(fā)并應(yīng)用了防滲抗腐蝕水泥漿體系，試驗(yàn)應(yīng)用了G級(jí)高抗硫水泥，初步見到了效果。

（1）在聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)條件下，由于強(qiáng)堿、表面活性劑、聚合物等強(qiáng)力驅(qū)油介質(zhì)的注入，進(jìn)一步改善了儲(chǔ)層孔隙度和滲透性，加劇了滲流作用和腐蝕性流體對(duì)固井質(zhì)量影響。

（2）地層流體中SO42-、CO32-（或HCO3-）等對(duì)水泥石具有腐蝕作用，其原理是消耗Ca（OH）2，增加了水泥石的孔隙，增大了水泥石的滲透率，降低了抗壓強(qiáng)度。

（3）增加水泥石的致密性可以有效的提高水泥石的抗腐蝕能力，使水泥環(huán)在井下易腐蝕流體環(huán)境下能夠保持持久的穩(wěn)定，有利于防止延時(shí)測(cè)聲變質(zhì)量的衰減。

曾慶和（1966-），男，2004年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，長(zhǎng)期從事固井生產(chǎn)、項(xiàng)目管理、設(shè)備管理和技術(shù)研究工作，現(xiàn)任大慶鉆探工程公司鉆井生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)一公司設(shè)備管理部副主任。