韌性膨脹膠乳水泥漿在水平井上的應用

印洪亮 韓云

摘要：水平井水平段固井完井方式已成為提高油田勘探開發綜合效益的主要技術手段之一，儲層油氣段的封固好壞直接影響后續的施工作業，采用韌性膨脹膠乳水泥漿體系可有效解決水平井固井問題，可有效防止油氣水竄及后期射孔壓裂造成的水泥石破壞及常規水泥石體積收縮產生的微間隙，目前已成功在新疆油田昌吉致密油區塊推廣使用2井次，固井質量優質。

關鍵詞：韌性膨脹;膠乳;機械性能;膨脹率;防竄性

新疆油田昌吉致密油區塊以陸相沉積為主，油層薄、縱向物性變化大、儲層非均質性嚴重，裂縫發育較好，儲層活躍，存在豐富的油層底水，為提高單井產量，避免油井過早見水，采用水平井水平段固井射孔完井方式來完井，既可實現有效的層間分隔，又能選擇性的壓裂增產作業。非韌性水泥漿固井不能避免射孔、壓裂等增產施工過程中產生的沖擊力對水泥環的破壞，造成層間封隔失效，油井產水，增加開采成本，產油量下降并影響油井使用壽命。通過開展公關研究，針對水平井固井完井并采用射孔壓裂增產措施的固井難題，調試出了韌性膨脹膠乳水泥漿體系，可解決水平井固井難題，并降低后期射孔壓裂造成的水泥石破壞及收縮產生微間隙的風險。

一、主要技術難點與對策

1、技術難點

（1）水平段長達2000m，套管下放摩阻大，安全下至井底難度大。

（2）水平井水平段完井固井屬于小井眼固井，環空間隙小。

（3）水平封固段要進行射孔壓裂作業，非韌性水泥漿固井存在壓裂施工中水泥環破壞的風險。

（4）儲層油氣活躍。

2、 技術對策

（1）良好的井眼條件，下套管前用原鉆具通井，對縮徑段劃眼，并進行大排量循環洗井，確保井眼干凈、穩定、不漏、不涌、無阻卡和穩定，滿足固井施工要求;

（2）針對目的層水泥石受射孔和壓裂等沖擊力的破壞，采用韌性膨脹防竄膠乳水泥漿體系，該體系水泥石具有較低的彈性模量和較高的泊松比，相同外力作用下，具有更好的抗壓、抗拉強度。

（3）采用批混水泥漿方式確保入井水泥漿密度均勻，降低水泥漿過渡稠化時間，進一步增強水泥石形成速度，縮短水侵時間。

（4）針對儲層油氣活躍，采用水泥漿中加入膠乳，通過膠乳粒子之間相互電荷作用及膠乳成膜的特性，降低水泥石滲透率，增大油氣運移阻力，達到防氣竄的效果。

二、室內研究

昌吉油田致密油地區完鉆井深4500m左右，總體評價儲層屬低孔～特低孔、低～特低滲的較差～差儲集層。根據該地區地質及工程條件，該地區水平井固井水泥漿須滿足以下技術要求：水泥漿密度1.89 g/cm3，API失水量≦50 mL，24小時抗壓強度≧14MPa，48h頂部抗壓強度≧7 MPa，防氣竄，漿體穩定，游離液為零，滿足后期大型壓裂增產措施要求。

1、水泥漿性能要求

（1）水泥漿密度應與地層承壓能力相適應，防止發生井漏;（2）針對地層水侵和后期射孔、壓裂特征，水泥漿體系應具有較好的防竄性能、較低彈性模量，同時為避免水泥石成型造成的收縮問題，水泥石應具有好的膨脹性;（3）為提高頂替效率和水泥漿在裸眼段的覆蓋率，水泥漿、隔離液、清水應具有較好的流變梯度，同時水泥漿應具有良好的觸變性能和早期強度;（4）嚴格控制水泥漿的濾失量，要求在50ml以內;（5）在確保施工安全的前提下，盡可能縮短稠化時間。

2、干混材料的顆粒級配

各種干混材料進行激光粒度分析，便于更好的應用緊密堆積理論，材料大、中、小各級填充結構相互穿插、互為支撐，總體積基本不變、密實度大幅提高，小顆粒對大顆粒能夠起到滾動潤滑的作用，有利于減少配漿用水量，提高水泥石強度和漿體穩定性。

3、韌性膨脹膠乳水泥漿性能評價

為滿足后續儲層的改造，水平井水泥漿在滿足固井技術要求的前提下，良好的穩定性、零游離液、低濾失量是設計的基礎， 提高水化速度，使體系有較好的韌性、抗水侵及膨脹性是韌性膨脹水泥漿設計的關鍵。

3.1彈性模量性能評價

彈性模量是材料在外力作用下產生單位彈性變形所需要的應力。它是反映材料抵抗彈性變形能力的指標，它只與材料成分有關，與其組織變化、狀態無關。

非韌性水泥石，彈性模量高，在外力的作用下易導致試塊碎裂，影響油井完井后續工作及增產上儲目標的實現，如何降低水泥石彈性模量提高水泥石抗沖擊能力是水平段固井成敗的關鍵因素。經過模擬分析，水泥石的抗拉強度、抗壓強度均大于射孔及壓裂的壓應力、拉應力時水泥環在射孔、壓裂施工時不會碎裂。

3.2水泥漿防竄性能評價

水泥漿入裸眼環空后將在壓差作用下向滲透性地層失水，從而導致環空液體體積變化引起失重。因此可以綜合水泥漿的失水和稠化過渡時間性能評價，水泥漿的防竄性可用水泥漿性能系數SPN來評價。SPN值越小，防氣竄能力越強。用水泥漿性能系數評價水泥漿的防竄性能，計算公式為：

式中QAPI為API失水量，t30BC、t100BC分別為水泥漿達到30BC和100BC的時間。

評價標準：SPN值為0～3，防竄性能好;SPN值為4～6，防竄性能中等;SPN值大于6，防竄性能差。SPN =0.1826API〔（T100Bc）1/2-（T30Bc）1/2〕=0.1826×26×〔（194）1/2-（181）1/2 〕=2.25，該體系1.80g/cm3密度水泥漿SPN<3，有極好的防氣竄效果。

三、施工過程與結果

JHW017井完鉆井深5220m，垂深3290m，水平段長1752m，套管下深5198.5m，水泥返高2585m，下送油層套管至預計井深后，開泵循環正常，滿足要求后，進行固井施工;注入沖洗液10 m3，密度為1.03g/cm3;注入4.0m3的隔離液，密度1.40g/cm3;注水泥漿21m3，密度1.80g/cm3;注后置液2m3，壓膠塞;替頂替液清水42.4m3，碰壓36MPa～42MPa，放回水檢查浮箍工作情況，施工過程正常順利，泵壓平穩，未發現漏失現象，環空逐步加壓至5Mpa候凝。

韌性膨脹膠乳水泥漿體系在新疆油田昌吉致密油地區JHW017井、JHW020井上成功使用，表明該體系水泥漿在解決油水同層、水侵風險的井，有較好的效果。JHW017經過24級分級壓裂，排量10m3/min，在千方砂、萬方液的壓裂條件下，壓力監測正常，井口未見水相，表明射孔、壓裂造成的沖擊力，未對水層水泥石造成破壞。

四、結論

（1）通過合理的顆粒級配，不同的實驗評價韌性膨脹膠乳水泥漿的膨脹性、彈性模量、抗水侵和防氣竄效果，并優化水泥漿性能參數，滿足固井技術要求;

（2）韌性膠乳膨脹水泥漿可有效保證昌吉致密油地區固井質量。通過體系解決固井過程中的水侵問題，防止后期射孔壓裂造成的水泥石破壞及常規水泥石凝固造成水泥石收縮產生微間隙;

（3）韌性膠乳膨脹水泥漿防氣竄性能優良，減少了油氣水竄的風險。