長慶油田老井改造酸溶水泥漿體系的應(yīng)用初探

李志宏，陳 寧 ，劉小坤

（1.川慶鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院，陜西西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018）

本文針對(duì)長慶油田長停井的復(fù)產(chǎn)增產(chǎn)—封堵或暫閉技術(shù)難點(diǎn)，通過對(duì)酸溶材料配比的研究，確定了酸溶水泥漿材料組成，形成的酸溶水泥漿體系，該體系強(qiáng)度發(fā)展好，后期衰退緩慢，在52℃/24h 條件下強(qiáng)度大于7.0MPa。酸溶水泥石在12 倍鹽酸中浸泡1h 酸溶率達(dá)80%。開發(fā)配套的降失水劑及緩凝劑。形成一套酸溶性水泥漿體系，有效解決了油田二次開發(fā)封堵和暫閉的技術(shù)難題。

1 酸溶性水泥漿體系研究

1.1 酸溶性水泥漿酸溶機(jī)理研究及評(píng)價(jià)方法

在硅酸鹽水泥體系中，主要采用在硅酸鹽水泥中摻加碳酸鈣的方式來提高配制硅酸鹽水泥漿的鹽酸溶蝕率。這種酸溶水泥里面含有大量的碳酸鈣晶核，將水泥石用鹽酸溶解時(shí)，主要是碳酸鈣與鹽酸發(fā)生反應(yīng)。碳酸鈣與鹽酸的反應(yīng)式如下：

CaCO3＋2HCl=CaCl2＋CO2↑＋H2O

其次是水泥石與鹽酸的化學(xué)反應(yīng)。水泥水化后的產(chǎn)物為氫氧化鈣、C-S-H凝膠、鈣釩石、單硫型水化硫鋁酸鈣及其固溶體。它們與鹽酸的反應(yīng)機(jī)理如下：

氫氧化鈣：

Ca(OH)2＋2HCl=CaCl2＋2H2O

盡管硅酸鹽水泥在水化后形成了復(fù)雜的水化產(chǎn)物，水泥石被鹽酸溶解的過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所消耗鹽酸量可視為 CaO、Al2O3、Fe2O3、fCaO 與鹽酸反應(yīng)所耗鹽酸量，SiO2不與鹽酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，即使加入過量的鹽酸，仍會(huì)有不溶物SiO2存在。

反應(yīng)關(guān)系式如下：

CaO～2HClAl2O3～6HClFe2O3～6HCl

酸溶率評(píng)價(jià)方法：采用10%鹽酸進(jìn)行試驗(yàn)，記錄不同酸溶時(shí)間的水泥石的酸溶率，通過酸溶率與時(shí)間關(guān)系表征水泥石的酸溶性，酸溶率計(jì)算=（反應(yīng)前水泥石質(zhì)量-反應(yīng)后水泥石質(zhì)量）/反應(yīng)前水泥石質(zhì)量。

1.2 酸溶性水泥漿體系填充材料研究

技術(shù)思路：

（1)采用多模型顆粒級(jí)配設(shè)計(jì)，易酸蝕材料—石灰石粉(微米級(jí)CaCO3)和納米級(jí)CaCO3與水泥漿進(jìn)行密實(shí)充填。

（2)利用納米級(jí)CaCO3材料的納料特性（晶核效應(yīng)及微集料效應(yīng)），提高硅酸鹽水泥石水化反應(yīng)活性、強(qiáng)度、耐久性。

根據(jù)上述思路，確定酸溶性水泥漿配方，配方為：油井水泥60%+輕質(zhì)超細(xì)CaCO3（1250 目）40%+納米CaCO3+增強(qiáng)劑G401A12.5%+降失水劑G409F12.5%+減阻劑G408FCJ，0.4%水灰比0.48，溶蝕率與不同納米CaCO3加量關(guān)系圖見圖1，加入鹽酸前后水泥石反應(yīng)對(duì)比見圖2。

結(jié)果表明：①未加入納米CaCO3的基礎(chǔ)配方中，水泥石試件酸溶率為84%。②隨著納米CaCO3摻量增加，各試件前20min內(nèi)的酸溶速率明顯加快，表明納米CaCO3能夠有效地改善水泥石的初始酸溶效果；③當(dāng)摻量從1%增加至3%時(shí)，水泥漿的最終酸溶率從84%提升至91.8%，說明在此摻量條件下納米CaCO3的溶蝕促進(jìn)效果明顯。

1.3 酸溶性水泥漿綜合性能

為滿足固井施工要求，對(duì)水泥漿在不同井況下的強(qiáng)度、流動(dòng)度、稠化時(shí)間、失水量等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。酸溶性水泥漿綜合性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

圖1 溶蝕率與不同納米CaCO3加量關(guān)系圖

圖2 加入鹽酸前后水泥石反應(yīng)對(duì)比

表1 酸溶性水泥漿綜合性能

由表1 可知：酸溶水泥漿在50℃～90℃范圍內(nèi)，稠化時(shí)間可調(diào)，強(qiáng)度發(fā)展良好，失水可控制在50mL以下，可滿足現(xiàn)場施工要求。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 長慶油田某井現(xiàn)場施工

完井方式：3-1/2″防腐小套管封固修復(fù)+雙層套管射孔。

漿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：正注采用二凝水泥漿體系。

領(lǐng)漿：低密度水泥漿體系，密度1.45g/cm3，封固段1300～0m。

尾漿：酸溶水泥漿體系，密度1.85g/cm3，封固段2300～1300m井段。

現(xiàn)場施工酸溶水泥漿體系配方性能見表2。

現(xiàn)場施工順利，酸溶解封后，增產(chǎn)效果明顯。后期又在同區(qū)塊試驗(yàn)4井次，均獲得成功。

表2 現(xiàn)場施工酸溶水泥漿體系配方性能

2.2 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

通過5口井現(xiàn)場試驗(yàn)，酸溶性水泥漿體系射孔酸洗后能被完全溶蝕，能盡快恢復(fù)儲(chǔ)層原始滲透率，達(dá)到恢復(fù)流體流動(dòng)通道之目的，為油田二次開發(fā)的封堵和暫閉提供技術(shù)保障。現(xiàn)場試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 現(xiàn)場試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論

（1)針對(duì)長慶油田長停井的復(fù)產(chǎn)增產(chǎn)—封堵或暫閉技術(shù)難點(diǎn)，形成酸溶水泥漿體系，該體系在50℃～90℃內(nèi)稠化時(shí)間可調(diào)、失水低、強(qiáng)度發(fā)展良好，可滿足現(xiàn)場施工需要。有效解決了油田二次開發(fā)封堵和暫閉的技術(shù)難題。

（2)酸溶水泥漿體系酸溶率高，最高可達(dá)92%，通過現(xiàn)場5口井試驗(yàn)，增產(chǎn)效果明顯，是油田老井改造的一劑良方。