BX水泥漿體系在LN油田的應用

楊川， 袁吉祥， 鄭錕， 石慶， 陳曦

（川慶鉆探工程有限公司井下作業公司，成都 610051）

為了實現預定的增產目標，近幾年塔里木油田在輪南、輪古、東河塘等老油區布井位逐漸增加，在這種背景下，實現鉆井“提速、降本、增效”成了首要目標。因此，對這些區塊的開發井的井身結構進行優化，減少套管層數，形成了較多的長裸眼固井[1-3]，而且為保證油井后期長期安全生產，要求水泥漿一次上返成功。而長裸眼段固井中存在的大溫差、高溫高壓、裸眼段長、多套壓力層系并存等復雜情況，增加了固井難度，也給水泥漿的各項性能指標提出了更為苛刻的要求[4-5]。為了解決該區域固井的難題，在LD和GT水泥漿體系之后，塔里木油田引進了BX水泥漿體系，結合室內實驗和現場實踐，完成了BX水泥漿體系在LN油田的應用，并取得了較好的效果，為后續類似區域的固井施工提供了經驗和借鑒。

1 地質及工程簡況

LN油田位于塔里木盆地輪南斷壘帶，塔克拉瑪干沙漠北緣，井身結構一開采用φ406.4 mm的鉆頭鉆至800 m，采用273.05 mm套管封固，二開采用241.3 mm鉆頭鉆至5500 m左右，某些井儲層段為定向斜井段，井斜在30～40°；該區域二開完鉆鉆井液密度為1.20～1.30 g·cm-3，聚磺體系，井底溫度在110～120 ℃之間。裸眼段包含多個層系，地層壓力系數復雜，鉆完井過程中易漏失。目的層壓力系數1.056，油氣顯示較好。

2 施工難點

2.1 多套壓力層系

二開次裸眼較長，不同巖性組合的地層在同一裸眼段內，下部裸眼井段油氣活躍，地層壓力系數低，井壁不穩定，易垮塌，易漏失。同一裸眼段油氣水層活躍，在固井過程中想要兼顧防漏和封固好油氣層，并且還要保證水層不竄，施工難度較大。

2.2 儲層物性參數高，易發生漏失

志留-泥盆系儲層：平均孔隙度為17%，平均滲透率為267 mD，東河塘組平均孔隙度為6.2%～18.5%，平均滲透率25～75 mD。石炭系儲層：平均滲透率為2.6～71 mD，其砂巖儲層平均孔隙度為4%～19%，平均滲透率為6～163 mD。白堊-第三系儲層：平均孔隙度為13%，平均滲透率為72 mD，中孔、中滲，物性較好。蘇維依組儲層平均孔隙度為21%，平均滲透率為386 mD。研究表明[6-9]，在候凝期間，儲層中的水泥漿易發生滲漏，導致二界面膠結弱化，儲層段封固質量降低，導致油氣水竄。

2.3 一次性封固段較長

當水泥漿封固段變長后，增加了其失重效應。由于該地區固井施工結束后并不能進行環空憋壓（易漏），且下部油氣水層較為活躍，一旦水泥漿在侯凝期間失重，便不能壓穩地層，地層流體將會入侵，造成環空油氣水竄，嚴重影響固井質量。因此，該地區對水泥漿性能提出了較為嚴苛的要求。

3 技術措施

3.1 工藝選擇

由LN油田及相鄰塔北區塊油層套管固井技術現狀可知，簡化后的二開長裸眼段固井工藝主要有3種：一次上返、雙級固井、正注反擠固井。①下完套管后循環不漏，則采用一次正注，雙凝雙密度水泥漿，早強水泥漿密度為1.88 g·cm-3，水泥漿量考慮封固下部活躍油氣水層，緩凝水泥漿密度為1.35 g·cm-3，水泥漿量考慮封上部低壓井段+返出量。②下完套管后失返，則采用正注反擠固井。正注采用常規密度水泥漿，密度為1.88 g·cm-3，保證封固好下部活躍油氣水層，反擠采用1.90 g·cm-3水泥漿，水泥漿量考慮至易漏層位。反擠水泥漿是否能接攏跟反擠時機及反擠水泥漿量以及套管鞋處的地破壓力有著密切的關系，近年來本區塊反擠接攏率較低，未超過50%。③雙級固井不僅能夠有效的降低一次固井環空液柱壓力，防止環空給壓力太高壓漏地層，還有保護油氣層的作用，可解決水泥漿體系因溫差較大不易調節的問題。近幾年該地區雙級固井應用較少。主要原因如下：①如果下完套管后井口矢返，其降低固井環空壓力已無實質效果；②是下完套管循環微漏，可采用低密度水泥漿固井，既節約了作業時間，又具有較強的經濟優勢。

本地區現場實踐表明，就工藝選擇對固井質量的影響而言，一次上返＞雙級＞正注反擠。所以要最大程度上提高本次試驗固井質量，在下完套管循環未漏或微漏的情況下，采用一次上返固井。

3.2 水泥漿體系選擇

3.2.1 水泥漿體系應用情況

本區塊近幾年在用水泥漿體系主要分為3種：①LD水泥漿體系是在LN油田應用較為廣泛的體系，進入區塊較早，水泥漿性能穩定，以LD806降失水劑為主劑的中高溫外加劑性能，基本滿足該地區固井需求，稠化時間易調，穩定性較好。②GT水泥漿體系進入LN區塊時間較晚，但憑借以GT11系列抗高溫耐鹽聚合物降失水劑為主劑的外加劑體系能夠有效控制水泥漿失水量不大于50 mL，稠化時間易調，適用性強，配伍性好，能夠適應水泥漿密度1.2～2.5 g·cm-3，溫度變化對性能影響較小。經過近幾年逐步現場應用后，在LN油田現場實踐已比較成熟。③BX水泥漿體系，已在中國多個油田成功應用并推廣，現剛剛進入LN油田，試驗應用了幾井次，取得了不錯的效果。

3.2.2 水泥漿體系優選

根據LN油田二開裸眼段地質情況存在的問題，為防止滲漏導致固井質量差的問題發生，采用“靜止堵漏”的原理[10]，提高水泥漿配方中尾漿的屈服值和塑性黏度，根據現場施工情況嚴格控制尾漿稠化時間，實現壁面剪應力固井工藝。總結上述地質特點對固井水泥漿性能的要求，就是要“高溫站得住（觸變性強，不易滲漏）、結構發育快（靜膠凝強度過渡時間短）、尾漿稠化短”。對不同水泥漿體系的流變性能進行了評價，結果見表1。基本配方如下。

BX水泥漿配方：阿克蘇G級+自愈合劑BCY-200S+降失水劑BXF-200L+緩凝劑BCR-200L+分散劑BCD-210L

GT水泥漿配方：阿克蘇G級+微硅+降失水劑GT-11LH+緩凝劑GT21-LH+分散劑GT31-LH

LD水泥漿配方：阿克蘇G級+降失水劑806L+緩凝劑605L+分散劑906L+微硅

表1 不同體系水泥漿的流變性能

由表1可知，BX水泥漿體系高溫養護后，稠度系數升高，流性指數值下降，出現高溫增稠情況；GT和LD體系高溫養護后稠度系數下降，流性指數值升高，表現為高溫稀釋現象；同時，BX體系水泥漿高溫觸變性增強且發展迅速，初、終切差值在高溫環境下增加了78%，并且5 min終切值為10 min終切值的92%。說明了，BX水泥漿體系較GT、LD體系高溫下的觸變性強，在滲漏地層“高溫站得住”、可減少漏失的發生。

圖1 BX水泥漿體系靜膠凝強度過渡時間曲線

表2 不同體系水泥漿防竄評價實驗數據（95 ℃）

由表2和圖1可知，BX水泥漿體系較GT、LD體系有較短的靜膠凝強度過渡時間，縮短了水泥漿的失重時間，在候凝過程中水泥漿能夠在較短的時間內，形成一定的結構強度。同時，采用SPN值法考察不同體系水泥漿的防竄能力。由表4還可以看出，BX水泥漿體系API失水較小，30 Bc至100 Bc稠度值過渡時間最短，因此，BX水泥漿體系的SPN值最低，防竄能力最強。

綜上所述，BX水泥漿體系具有高溫增稠、觸變性強、失水量小、靜膠凝強度過渡時間短及防竄能力強等特點。對滲漏性儲層在靜止侯凝過程中具有一定的防漏、堵漏作用；靜膠凝強度過渡時間短、防竄能力強的性能更加適合油氣顯示活躍的地層固井。這與LN油田二開長裸眼地層的地質特點相一致，解決了該地質條件下的固井難題。

3.2.3 性能分析

BX水泥漿體系的配方簡單，僅是降失水劑、緩凝劑、分散劑等必須處理劑外，引入了自愈合劑，其中，BX體系高溫觸變特性主要源自其降失水劑，并不同于GT、LD體系需要引入一定的微硅協助提高體系的高溫觸變及降失水能力。同時，針對油氣顯示活躍的地質特征引入遇油氣膨脹，對微縫隙進行封堵的自愈合劑確保水泥環空密封完整性。

降失水劑具有以下特點：①降失水劑為人工合成的多元共聚產品，包括AM、AMPS等單體材料，單體材料不含羧酸基團；②單體配比中在確保一定分子量、分子量分布的前提下盡量降低AM的用量；③聚合物降失水劑除具有剛性較強的高分子鏈外，還具有一定的微交聯的高分子鏈結構，抗高溫能力強。一定的分子量及分布，剛性較強的高分子鏈，以及空間上具有的微交聯結構的這些優異性能，使得BX水泥漿體系具有強觸變、低失水、短過渡、能防竄的漿體性能。自愈合劑是BX水泥漿體系中最具特點的處理劑，該處理劑遇油氣膨脹對微裂縫進行封堵，確保水泥環的完整性。掃描電鏡見圖2。

圖2 加入自愈合劑的BX水泥漿體系掃描電鏡圖

3.3 水泥漿柱結構優化

水泥漿柱結構是根據地層壓力、地層漏失壓力、泥漿泵壓力、最大靜壓差4個參數確定的。所以在設計兩凝界面時要考慮：①環空水泥漿柱既能壓穩地層又不壓漏地層；②施工過程中的靜壓差要在合理范圍內；③施工過程中的泵壓不能超過泥漿泵額定壓力。針對下部井段承壓能力低的問題，1.35 g·cm-3水泥漿封固井口至易漏層位，1.88 g·cm-3水泥漿封固易漏層至井底，能夠在滿足封固質量的情況下有效地降低環空液柱壓力。

4 現場應用

BX水泥漿體系在LN油田進行了現場應用，其平均固井質量得到大幅提升，全井固井質量合格率較以往提高了40%以上，達到了78.3%，優質率提高了30%以上，達到了55.7%，見表3。

表3 BX體系在LN油田實踐井儲層段固井質量統計

5 結論

1.結合LN油田目前廣泛采用的工藝技術現狀，水泥漿的應用情況，進行了BX水泥漿體系應用適應性評價。

2.BX水泥漿體系具有高初始稠度、強觸變性、防竄性能好等特點，更能夠適用于LN油田的地質特征，在水泥漿侯凝期間起到一定的防漏堵漏作用。

3.雙密雙凝水泥漿設計，能有效降低液柱壓力，降低施工過程中壓漏地層的風險，提高整體固井質量，能夠滿足低壓裸眼長封固段固井需求。