觸變早凝膨脹水泥漿體系在厄瓜多爾TAMBOCOCHA區塊尾管固井中的應用

劉鈺龍

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，西安 710021；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安 710021）

TAMBOCOCHA區塊處于開發初期，單井日產量較高，其中TMBA-041H井日產量達5800桶，打破了厄瓜多爾單井日產量記錄。自2018年5月以來，川慶鉆探國際工程公司厄瓜多爾分公司先后完成了17口井固井施工，其中尾管固井9口。由于原始地層油水活躍、油層頂界距離喇叭口太近等問題，且測井方是哈里伯頓和斯侖貝謝公司，采用的是比較先進的超聲波成像測井技術，加上當地石油公司對油層固井質量要求非常嚴格，如果油層固井質量達不到優質，則要求擠水泥補救，這對厄瓜多爾分公司的信譽會造成一定影響，以上因素給尾管固井施工帶來了很大挑戰。針對此類問題，有必要在總結第1口井經驗教訓的基礎上，對水泥漿體系進行調整。

1 TAMBOCOCHA區塊概況

1.1 地質概況

該區塊所在盆地屬于海相沉積，白堊系NAPO地層為粗砂巖，孔隙發育，滲透率高，由于是比較新的地層，地層欠壓實，成巖性差，鉆井過程中易發生井壁坍塌，形成“大肚子”井眼，該地區尾管鉆井井徑擴大率在15%以上。

1.2 井身結構

該區塊一個井場有水平井和定向井20口左右，采用4層套管結構，其中定向井井身結構為φ508 mm導管15 m，φ406.4 mm井眼下φ339.7 mm表層套管到垂深1100 m左右，φ311.2 mm井眼下φ244.5 mm技術套管到垂深1400 m左右，φ215.9 mm井眼下φ177.8 mm尾管到垂深1700 m左右，其中，油層頂界距離技術套管腳垂深最多不超過100 m。

1.3 鉆井液體系

尾管鉆井采用保護產層的低傷害水基鉆井液體系，密度為1.05 g/cm3，黏度為40～50 s，塑性黏度為20 mPa·s左右，動切力為25 Pa左右。

2 TAMBOCOCHA區塊尾管固井技術難點

①鉆井設計上主力油層NAPOM1位置過高，油層頂界最低離喇叭口50 m，同時，按照當地慣例，尾管固井施工前不通井、不測井，下套管中途容易遇阻卡，進一步增大了井徑擴大率，給尾管尾漿設計帶來了很大困擾，設計尾漿稠化時間太長、用量大會導致油層固井質量不佳，設計尾漿稠化時間短、用量少會使尾漿封不住油層。②油層埋藏淺，循環溫度低（50 ℃），強度發展緩慢，并且固完井到測井的時間間隔只有18 h。③注水泥和候凝期間地層油水、伴生氣易侵入水泥漿，影響水泥漿強度發展，易形成水竄通道[1]，表現為固完井后超聲波成像測井圖上的微間隙或者射開油層后井筒出水。④“大肚子”井眼給水泥漿頂替效率帶來很大挑戰，容易造成封固質量差的問題。⑤高滲透地層會導致水泥漿失水和井壁附著虛泥餅的問題，從而增大施工風險并影響第二界面膠結質量。

3 改進前水泥漿設計思路及性能評價

3.1 改進前水泥漿設計思路

在低溫、高失水、原始地層油水活躍、油層位置高的情況下，改進前水泥漿設計思路為：①水泥漿性能滿足防竄壓穩低失水要求；②計算好尾漿用量，用高密度尾漿封固油層。

由于膠乳膠束能在壓差的作用下聚集締結，形成具有一定強度的非滲透性膠乳膜，阻止油氣水竄流發生[2]，改進前水泥漿體系通過加大膠乳加量來達到防竄目的。根據防止竄流發生的條件：環空靜液柱壓力P2+水泥漿結構阻力P3＞地層流體壓力P1，由于水泥漿失重的影響，P2不斷下降，同時隨著水泥漿水化反應的進行，水泥漿膠凝強度不斷增加，P3不斷增加[3]。對伴生氣而言，由于流動阻力小，在P2＞P1的情況下也會由于浮力效應滑脫上升。因此，就抑制油氣水竄流而言，水泥漿膠凝結構快速形成而產生的內部結構阻力是防止油氣水竄的關鍵措施[4]。另外，水泥漿長時間凝結也會增大油氣水侵的風險。經研究發現，觸變性水泥漿能在頂替結束后快速產生膠凝網狀結構，通過增大水泥漿膠凝強度，從而增大水泥漿結構阻力，阻止水泥漿凝固前油氣水竄流發生[5-9]。因此，增大膠乳加量能起到一定防竄效果，但更好的措施是增加水泥漿早凝觸變性能。

另一方面，由于第1口井在井徑擴大率認識上存在偏差和對“插旗桿”風險的擔心，現場施工時，尾漿附加量不夠，結果現場施工完，懸掛器坐掛、倒扣、丟手后，領漿沒有循環出來，從超聲波成像測井圖來看，油層封固質量較差，下部井段封固質量較好但也不理想，可以清晰分辨出領漿封固的油層。因此，在尾漿用量不好掌控的情況下，需要對領漿性能進行改進。

3.2 改進前水泥漿性能評價

水泥和外加劑有：德國G級油井水泥、膠乳BCT-800L、降失水劑BXF-200L、膠乳消泡劑D50、消泡劑G603、緩凝劑BXR-200L、膨脹劑EXC-13。

實驗儀器主要有：CHANDLER8240稠化儀、CHANDLER5265U靜膠凝強度分析儀、OWC-9710失水儀、CHANDLER1200常壓稠化儀、維卡儀、ZNN-D6型六速旋轉黏度計、CHANDLER3260攪拌器、膨脹率測試儀等。

實驗條件為：靜膠凝強度實驗條件為65 ℃、21 MPa，領漿稠化實驗條件為50 ℃、21 MPa、批混50 min、中停時間60 min，尾漿稠化實驗條件為50 ℃、21 MPa、批混60 min。改進前水泥漿配方及性能見表1和表2。

表1 改進前水泥漿配方

表2 改進前水泥漿性能

從表2可以看出，①領漿稠度偏低，稠化時間、初終凝時間偏長，膠凝強度發展速度慢，抗壓強度低；②尾漿稠化時間和初終凝時間之間的間隔太長，膠凝強度發展速度慢。影響水泥漿性能的因素包括水泥漿密度、外加劑使用不當等多方面，需要通過實驗進行驗證。

AMPS類降失水劑BXF-200L的加量對水泥漿性能的影響見表3。由表3可知，相同條件下，領漿1的失水量和稠度比領漿2低，稠化時間和初終凝時間更長，膠凝強度發展速度更慢，抗壓強度更低；尾漿1比尾漿2失水量低，稠度高，稠化時間更短，初終凝時間更長，膠凝強度發展速度更慢，抗壓強度更低。以上實驗結果說明，在水泥漿稀的情況下，增加降失水劑加量能起到一定分散和緩凝作用，在水泥漿稠的情況下，增加降失水劑加量能起到增稠和縮短稠化時間的效果。另外，降失水劑對膠凝強度發展速度、初終凝時間、抗壓強度有一定副作用。

表3 不同BXF-200L加量對水泥漿性能的影響

BCT-800L屬于丁苯膠乳，膠粒粒徑為0.05～0.5 μm，不參與水化反應。不同加量BCT-800L對水泥漿性能的影響見表4。

表4 不同BCT-800L加量對水泥漿性能的影響

由表4可知，相同條件下，尾漿1比尾漿3失水量低，膨脹率和稠度更高，稠化時間縮短，抗壓強度更低。以上實驗結果說明，在水泥漿較稠的情況下，增大膠乳加量會使水泥漿增稠和稠化時間縮短，失水量減少，膨脹率增大，對抗壓強度有一定副作用。

CA-13L屬于無機鹽類早強觸變劑。不同加量CA-13L對水泥漿性能的影響見表5。由表5可知，加入CA-13L后，水泥漿膠凝強度明顯增大，且隨著加量增加，膠凝強度也明顯提高。由圖1、圖2可知，相同條件下水泥漿加入早強觸變劑CA-13L后，膠凝強度增大，膠凝強度發展速度明顯加快。

表5 不同CA-13L加量對水泥漿膠凝強度的影響

圖1 領漿1膠凝強度發展曲線

圖2 領漿3膠凝強度發展曲線

4 水泥漿改進措施及性能評價

4.1 水泥漿改進措施

減少尾漿中膠乳和降失水劑的加量，引入早強觸變劑CA-13L，縮短稠化時間，提高早凝觸變性。

領漿減少降失水劑和緩凝劑加量，在不發生漏失和施工安全的前提下，提高領漿密度和加入早強觸變劑CA-13L，縮短稠化時間，提高早凝觸變性。

領漿尾漿升溫升壓熱稀釋后稠度控制在30～35 Bc。經研究表明，對于“大肚子”井眼，水泥漿冪律或賓漢模式下，增大水泥漿與鉆井液密度差，提高水泥漿稠度系數或者水泥漿塑性黏度、動切力，有利于提高頂替效率[10]。在綜合考慮提高頂替效率、地層流體對水泥漿的稀釋以及水泥漿稀稠對稠化時間影響3種因素下，根據現場經驗，水泥漿升溫升壓后稠度控制在30～35 Bc有利于保證在“大肚子”井眼和油氣水竄流條件下較好的固井質量。

4.2 改進后水泥漿體系性能評價

改進后水泥漿配方及性能評價見表6和表7，改進后領漿稠化曲線見圖3。

表6 改進后水泥漿配方

表7 改進后水泥漿性能

圖3 改進后領漿稠化曲線

由表7可知，調整后的水泥漿體系，稠化時間、初終凝時間大幅縮短，膠凝強度發展速度明顯加快，18 h抗壓強度大幅提高，同時失水量和膨脹率都在合理范圍內。由圖3可知，領漿做中停實驗開機瞬間稠度很快上升到54 Bc，后來很快降至31 Bc，說明觸變性水泥漿膠凝結構很容易破壞，不會存在懸掛器倒扣后開泵困難的現象，能夠保證施工安全性，達到了設計之初的要求。

5 現場應用

應用調整后的水泥漿進行了8井次的尾管固井施工，同前期第1口井TMBA09井進行固井質量相比，固井質量明顯提高，油層優質率由55%提高到100%，尾管全井段優質率由65%提高到95%以上?，F場應用結果表明，觸變早凝膨脹水泥漿體系解決了厄瓜多爾TAMBOCOCHA區塊尾管固井方面存在的難題。

6 結論

1.通過對該區塊固井難點進行分析，得到改進前水泥漿體系設計思路及配方組成等方面存在的不合理之處是導致油層固井質量不佳的主要原因。

2.現場超聲波成像測井圖表明，改進后尾管領漿不僅能確保施工安全，對油層也能起到良好的封固效果。

3.在“大肚子”井眼、油氣水竄流以及水泥漿稀稠對稠化時間的影響下，水泥漿稠度和固井質量的關系還需通過實驗進行深入研究。