水泥式附件在塔河油田的改進與應用

路飛飛，李 斐，赫英狀

(中石化西北油田分公司石油工程技術研究院)

塔河油田碳酸鹽巖儲層埋藏深，多為深井、超深井(6 000～7 000 m)，為滿足固井需求必須使用鋁合金附件，但附件掃塞時間長，不利于降低鉆井周期。為實現降本增效，決定對常規水泥式固井附件進行改進，替代鋁合金附件，縮短掃塞時間。目前，塔河油田已開始大規模應用改進型水泥式附件，為實現在分公司的全面推廣提供技術支撐。

一、問題分析

塔河油田深井、超深井多采用三級、四級或五級井身結構，為防止附件在固井施工中發生異常，全井使用鋁合金固井附件[1]。但是鋁合金附件硬度大，PDC鉆頭無法掃凈，中完作業必須更換牙輪鉆頭，由此帶來以下影響：

(1)牙輪鉆頭掃除固井附件，機械鉆速低，掃塞時間長，降低鉆井時效。

(2)單獨更換牙輪鉆頭必須進行一趟起下鉆作業，影響鉆井周期。

(3)隨井深增加，井身結構復雜化，鉆井開次越多，掃塞給鉆井周期帶來的影響越大。

針對此問題，對比鋁合金式和水泥式兩種附件特點：①鋁合金式附件加工周期短，但鉆塞時間長(1～2 h/只)；②水泥式附件鉆塞時間短(≤0.5 h/只)，但水泥強度發展緩慢，加工周期長。由于水泥式附件的掃塞優勢，且井較淺，東部油田已廣泛使用[2-3]，而塔河油田井較深，受水泥式附件質量影響而無法使用。因此，對水泥漿配方進行改進，以滿足深井、超深井固井要求。

二、水泥式附件性能改進

1. 水泥式附件存在問題

為保證施工安全，塔河油田固井附件必須全部進行反向承壓檢測[4]。前期水泥式附件?508～?127 mm尺寸范圍內，反向承壓能力已達到行業標準SYT 5618-2009的最高等級(III級)[3-6]，但仍存在以下幾個問題：

(1)塔河油田深井、超深井溫度150℃～180℃，水泥石高溫下強度衰退，附件抗溫能力無法滿足固井要求。

(2)使用早強微膨脹抗滲混凝土澆筑，附件滲透率仍然較高(>0.3 mD)，穩壓期間會出現滲漏問題，清水試壓合格率較低。

(3)混凝土澆筑的“出汗”現象，也會增加滲透率，降低附件致密性和抗壓強度。

2. 水泥漿配方改進

(1)選擇80目和120～180目硅粉復合[7-10]，既降低加砂粒度，增加吸水能力，又防止高溫下水泥石強度衰退。

(2)摻入二級粉煤灰[11]，增加需水率，吸收多余水分。

(3)對固相顆粒進行粒度級配，增加水泥石致密性，并保證澆筑件性能均勻。

(4)加入納米液硅，它是平均顆粒粒徑為0.16 μm的懸濁液，不僅有充填作用，降低滲透率，還參與水泥水化反應，增強水泥石強度。

將改進配方在180 ℃×常壓條件下養護后，測試水泥石力學性能明顯改善：滲透率<0.01 mD，抗壓強度>45 MPa，具體數據如表1。使用超聲波靜膠凝強度分析儀測試高溫下水泥石強度在180 ℃×10 d條件下強度不衰退，如圖1所示。

表1 水泥石力學性能

注：①養護條件180 ℃×常壓；②水泥漿配方為G級+復合硅粉+粉煤灰+納米液硅+降失水劑+早強劑+膨脹劑+消泡劑+膨潤土+44%水。

圖1 180 ℃水泥石超聲波強度發展曲線

3. 改進型水泥式附件

目前，塔河油田已應用的改進型水泥式附件，具有以下特點：

(1)閥體材料為工程塑料，填充材料為高強度致密水泥，可鉆性優于鋁合金附件。

(2)具有良好的耐沖蝕性，反向承壓能力等級高，按照行業標準SY/T 5618-2016規定[12]，除?339.7 mm附件壓力級別為II級，其余尺寸均達到III級；為保證施工期間附件處于最佳狀態，反向試壓時要降低一個等級，性能如表2。

(3)滿足150℃～180℃抗高溫需求。

表2 水泥式浮箍、浮鞋性能表

以塔河油田使用的最小尺寸固井附件為例，描述其清水試壓情況如下：?127 mm浮鞋反向試壓30.4 MPa，試壓5 min，壓降<0.5 MPa；?127 mm浮箍反向試壓30.5 MPa，試壓5 min，壓降<0.5 MPa，水泥式附件檢測合格率為100%。

三、現場應用

1.管串組合

根據套管尺寸、井深和固井類型，合理設計各開次管串組合。

(1)除鉆開目的層前的最后一開次，其余開次固井質量不影響儲層測試，可全部使用水泥式附件，管串組合：1個浮鞋+2個浮箍。

(2)為保證深井固井施工安全，鉆開目的層前的最后一開次固井和小尺寸尾管(?139.7 mm和?127 mm等)固井，使用“水泥式+金屬式”組合附件：1個水泥式浮鞋+1個水泥式浮箍+1個鋁合金浮箍。

2.現場應用

2016年7月，水泥式固井附件在YK25井試驗成功。目前，塔河油田新井已全井推廣使用水泥式附件，并推廣至順北油田表層套管固井中。無回壓閥失靈事故，直接使用PDC鉆頭掃塞，附件掃除難度顯著降低，較鋁合金材質掃塞速度提高1.73倍，單井可節約鉆井周期1.29 ～5.25 d，鉆井綜合效率提高。至今，已累計節約鉆井費用5 000萬元，經濟效益顯著。

四、結論與建議

(1)通過改進水泥漿配方，提高水泥式附件的力學性能和抗溫性，滿足了塔河深井、超深井固井要求。

(2)水泥式附件較鋁合金附件掃塞速度提高1.73倍，直接使用PDC鉆頭掃塞，單井節約鉆井周期1.29～5.25 d。

(3)繼續驗證深井水泥式附件可靠性，實現所有開次全部使用水泥式附件固井，并將該技術全面推廣至順北油田。