調(diào)整井固井難點(diǎn)分析及水泥漿體系優(yōu)化研究

沈元波，和鵬飛，徐 彤，袁洪水，程福旺

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

保證油田開(kāi)發(fā)后期固井質(zhì)量是固井工程中的一個(gè)重大技術(shù)問(wèn)題[1-4]。為控制綏中油田綜合含水上升速度、提高產(chǎn)層的最終采收率，油田近幾年來(lái)開(kāi)始實(shí)施厚層層內(nèi)細(xì)分注采的開(kāi)發(fā)方案。為確保對(duì)薄油層的有效開(kāi)采，固井質(zhì)量要求更高，受上述因素影響，油田固井一次合格率相比前期有所下降。調(diào)整井固井質(zhì)量降低，直接影響了油田的細(xì)分開(kāi)發(fā)，因此有必要找出影響調(diào)整井固井質(zhì)量的主要因素，并采取切實(shí)可行的措施，提高高含水區(qū)塊調(diào)整井固井質(zhì)量，以滿(mǎn)足對(duì)油田后期開(kāi)發(fā)中的固井要求。

1 調(diào)整井固井工藝技術(shù)難點(diǎn)[5-10]

（1）地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜。注水開(kāi)發(fā)是最廣泛采用的保持油田油藏產(chǎn)能的開(kāi)發(fā)方式，調(diào)整井所鉆位置往往是主要的長(zhǎng)期高壓注水油藏，其地層非均質(zhì)性特征和局部注采不平衡問(wèn)題突出。原始?jí)毫ο到y(tǒng)被破壞，地下壓力重新分布，在地層孔隙壓力平面內(nèi)，從注水井到產(chǎn)油井往往形成壓降漏斗。在縱向上形成高壓層、低壓層和常壓層的多套壓力系統(tǒng)。層間壓差較大，高壓與虧空層共存，易發(fā)生層間竄流。地層流體滲流對(duì)水泥環(huán)的沖刷嚴(yán)重影響調(diào)整井固井質(zhì)量。此外，為了降低鉆井成本，在井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，每個(gè)油田都盡量減少或沒(méi)有技術(shù)套管（通常是兩口開(kāi)到井底），導(dǎo)致固井段過(guò)長(zhǎng)。

（2）井眼尺寸不規(guī)范。在調(diào)整井鉆井過(guò)程中，地層易發(fā)生出水，導(dǎo)致井壁坍塌，井徑擴(kuò)大率高。如果鉆井液性能較差，局部大肚子和糖葫蘆形狀井眼出現(xiàn)較多。當(dāng)井眼擴(kuò)大率大于15%時(shí)，井壁濾餅厚度可達(dá)3 mm～5 mm，形成鉆井液滯留帶，直接影響固井水泥漿封固。

（3）固井質(zhì)量要求高。布局調(diào)整井的主要目的是開(kāi)發(fā)主力油藏間混合的薄、差油層等，即進(jìn)行層內(nèi)細(xì)分開(kāi)采，在固井過(guò)程中，必須防止調(diào)整后薄油層的互竄以及調(diào)整后薄油層與老油層的互竄，由此固井質(zhì)量要求提高。

（4）水泥漿性能要求特殊。地層水進(jìn)入水泥漿后，將直接影響水泥漿的凝固過(guò)程，影響水泥硬化體的性能。研究表明，地層流體以“溶蝕運(yùn)移”的方式對(duì)水泥環(huán)的結(jié)構(gòu)和膠結(jié)質(zhì)量造成損害，這種損害比氣侵造成的損害更為嚴(yán)重。因此，防水竄水泥漿體系應(yīng)區(qū)別于防氣竄體系，其技術(shù)指標(biāo)應(yīng)更具有特殊性。

2 影響調(diào)整井固井質(zhì)量的主要因素分析

針對(duì)綏中油田的實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工資料的研究、分析并結(jié)合對(duì)河南注水開(kāi)采油田的固井質(zhì)量研究結(jié)果，認(rèn)為影響油田調(diào)整井固井質(zhì)量的主要因素有以下幾個(gè)方面。

（1）停注半徑的影響。為了減少注水井對(duì)固井質(zhì)量的影響，各油田根據(jù)實(shí)際情況制定了不同的停井方案。綏中油田實(shí)施的是“周邊注水井（井位500 m范圍內(nèi)）可能對(duì)鉆井作業(yè)造成影響，建議注水井鉆開(kāi)油氣層前24 h開(kāi)始停注，注聚井鉆開(kāi)油氣層前48 h開(kāi)始停注，直到固井結(jié)束48 h后。同時(shí)建議在這期間，周邊350 m范圍內(nèi)的生產(chǎn)井適當(dāng)降低產(chǎn)液量以避免加劇鉆完井液的污染程度?！苯椫蠯20井固井質(zhì)量出現(xiàn)了明顯的不合格井段。通過(guò)對(duì)綏中K20井的弱水淹、中水淹、強(qiáng)水淹進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析看：不合格率較高的層位為強(qiáng)水淹層，這一情況也說(shuō)明地下注采層位的動(dòng)態(tài)對(duì)固井質(zhì)量具有較大的影響。

（2）層間壓差的影響。由于注水開(kāi)發(fā)與采出程度的差異，層間壓力變化很大。

（3）泄壓速度的影響。根據(jù)資料研究和軟件模擬可知，注水井停注以后，強(qiáng)滲透性地層，停注以后井口壓力可以很快恢復(fù)到零；差滲透性地層且注水壓力較高，停止注水以后泄壓速度較慢。此外，從鉆井和固井的實(shí)際看，地下的壓力情況變化也較大，表現(xiàn)在一些井上設(shè)計(jì)的泥漿密度不能平衡地層壓力。

3 調(diào)整井固井水泥漿體系優(yōu)選與評(píng)價(jià)

3.1 水泥漿體系優(yōu)化研究

針對(duì)疏松砂巖衰竭稠油油藏的固井，在該地質(zhì)條件下，砂體骨架易碎裂，水泥漿密度不宜過(guò)高，在注水開(kāi)采的情況下，地層壓力分布不平衡，易漏易竄，因此以低密高強(qiáng)水泥漿體系配方為基礎(chǔ)（該水泥漿體系由減輕劑：漂珠CP-61、增強(qiáng)劑CRET1、API油井水泥：“G”級(jí)、降失水劑：G80L組成，低密高強(qiáng)體系的基本配方：“G”級(jí)水泥+水+25%漂珠+26.5%增強(qiáng)劑+4%降失水劑+0.3%消泡劑+緩蝕劑+分散劑，密度1.50 sg），纖維用于堵漏增韌，提高防漏性能，增加韌性；液體微硅用于防竄；氮?dú)獍l(fā)氣劑用于膨脹劑和粘接劑，減少體積收縮，減小微間隙，并提高水泥石膠結(jié)能力。因此，確定優(yōu)選基本配方為：“G”級(jí)水泥+25%漂珠+26.5%增強(qiáng)劑+4%降失水劑+1%纖維材料+4%液體微硅+2%氮?dú)馀蛎泟?0.3%消泡劑。

3.2 性能評(píng)價(jià)

（1）流變性。對(duì)優(yōu)選的配方及對(duì)比配方，按API標(biāo)準(zhǔn)配漿，用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)進(jìn)行測(cè)試，60℃養(yǎng)護(hù)20 min測(cè)得數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）。

表1 黏度計(jì)讀數(shù)

由表1可以看出，加入各種特效添加劑后，水泥漿變稠，但流變性能和流變參數(shù)仍能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的施工要求。

（2）稠化時(shí)間。選取60℃，30 MPa為稠化條件，對(duì)優(yōu)選的配方進(jìn)行了變緩凝劑加量的實(shí)驗(yàn)研究，得出的稠化時(shí)間（見(jiàn)表2，圖1）。

表2 H21L加量對(duì)水泥漿稠化時(shí)間的影響

由表2和圖1，優(yōu)選的配方與緩凝劑H21L有很好的配伍性，并具有可調(diào)性，可以適應(yīng)不同井深的井況。初始稠度適宜，有利于泵送的順利進(jìn)行，稠化過(guò)渡時(shí)間（40 BC～100 BC）均小于20 min，水泥漿膠凝強(qiáng)度會(huì)迅速增大，可有效地阻止氣體竄流，說(shuō)明優(yōu)選配方水泥漿具有良好的防竄能力。

（3）穩(wěn)定性和游離液含量。對(duì)優(yōu)選配方進(jìn)行沉降穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)和游離液測(cè)試，水泥漿的穩(wěn)定性（密度差）為0.01 g/cm3，水泥漿游離液為0，滿(mǎn)足固井施工的要求。

（4）濾失量。試樣的濾失量在高溫高壓失水儀上進(jìn)行，加壓6.9 MPa，收集濾液30 min。分別對(duì)優(yōu)選配方和對(duì)比樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明特殊外加劑的加入，使原配方的濾失量增大，但仍小于50 mL，滿(mǎn)足固井要求。

圖1 H21L加量對(duì)水泥漿稠化時(shí)間的影響

（5）抗壓強(qiáng)度。由于緩凝劑加量對(duì)最終強(qiáng)度的影響很大，因此有必要對(duì)不同緩凝劑加量的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行比較。變換緩凝劑加量，按API標(biāo)準(zhǔn)配漿，將配好的水泥漿倒入模具中，在75℃、18 MPa下養(yǎng)護(hù)24 h，制備水泥石試塊各若干塊。養(yǎng)護(hù)完成后，在壓力試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試水泥石的抗壓強(qiáng)度。水泥石的抗壓強(qiáng)度與緩凝劑的加量有很大關(guān)系，因此對(duì)不同加量緩凝劑的水泥石抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，隨緩凝劑加量的增加，水泥石的抗壓強(qiáng)度有降低的趨勢(shì)，但基本都可滿(mǎn)足大于14 MPa的需要，滿(mǎn)足固井施工的要求。

（6）堵漏性能。將優(yōu)選的水泥漿配方按API標(biāo)準(zhǔn)配制，對(duì)其堵漏性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，原始配方放入堵漏實(shí)驗(yàn)設(shè)備在不加壓的情況下就全部漏光，而優(yōu)選配方，放入堵漏實(shí)驗(yàn)設(shè)備后，有少量瞬時(shí)漏失，加壓后仍可保持，不斷增加上部壓力，直至5 MPa才開(kāi)始進(jìn)一步漏失，直至漏光。以上實(shí)驗(yàn)表明，優(yōu)選配方具有良好的堵漏性能，可以保證萬(wàn)一井下出現(xiàn)壓裂的情況下，水泥漿自身具有一定的堵漏能力，使不致壓漏地層。并且比較前面只加纖維的情況發(fā)現(xiàn)，PC-MB和P-CP1的加入，與PCF-1共同作用，有更好的堵漏能力。

（7）防竄能力。根據(jù)綏中油田固井的設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行防竄能力評(píng)價(jià)，假定油頂?shù)貙涌紫懂?dāng)量為1.1 sg時(shí)，進(jìn)行防竄能力分析，當(dāng)水泥漿靜膠強(qiáng)度達(dá)到126 Pa時(shí)，地層壓力等于水泥孔隙壓力，此時(shí)最易發(fā)生竄流。防竄實(shí)驗(yàn)在水泥漿靜膠強(qiáng)度達(dá)126 Pa時(shí)進(jìn)行，比較不同水泥漿的防竄能力。實(shí)驗(yàn)表明常規(guī)配方加壓至0.2 MPa時(shí)，即發(fā)生竄流；優(yōu)選配方加壓至2.5 MPa時(shí)仍未有竄流出現(xiàn)，說(shuō)明優(yōu)選配方的抗竄能力大幅改進(jìn)，說(shuō)明優(yōu)選配方能壓穩(wěn)地層孔隙壓力當(dāng)量為1.1 sg的地層。

圖2 CBL固井質(zhì)量測(cè)井圖（K9井）

圖3 CBL固井質(zhì)量測(cè)井圖（K14井）

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

優(yōu)選的水泥漿配方在綏中K14、綏中K9等5口井中進(jìn)行了應(yīng)用，固井質(zhì)量?jī)?yōu)良，鉆后固井質(zhì)量測(cè)井結(jié)果（見(jiàn)圖2，圖3）。

5 結(jié)論

（1）低密度水泥漿可以保證在多壓力體系下不致壓漏地層，可防壓碎壁面砂體結(jié)構(gòu)，以免造成水竄。

（2）在低密度水泥漿中，加入氮?dú)馀蛎泟┛梢詼p少水泥石的收縮，增大界面粘接力；加入纖維可以起到增韌堵漏的作用，有利壓穩(wěn)多壓力體系的非均質(zhì)地層；加入液體微硅可以起到很好的防竄目的。

（3）應(yīng)用表明，優(yōu)選的水泥漿體系對(duì)儲(chǔ)層壓力體系復(fù)雜的調(diào)整井具有良好的固井封固效果。