厄瓜多爾TAMBOCOCHA油田固井技術研究與應用

唐 凱，劉小利，劉鈺龍

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，陜西 西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西 西安 710018）

TAMBOCOCHA油田位于厄瓜多爾亞馬遜熱帶雨林腹地，鄰近厄瓜多爾雅蘇尼國家森林公園，與ISPINGO油田和TIPUTINI油田并稱ITT項目，其原油儲量2.67×109m3，占該國已探明石油儲量41%。TAMBOCOCHA油田NAPO組砂巖油藏自上而下分別為M1、M2、U層，其中M1層為主力產層。?215.9 mm井眼下采用?177.8 mm尾管固井的方式，固井施工難度大，主要技術難題有：①環空間隙小，頂替效率差；②裸眼段易出現掉塊、沉砂，不通井直接下套管，尾管下入難度大；③產層油水活躍，水泥漿在候凝期間易受油、水侵蝕，固井完侯凝18 h測固井質量，30 h射孔作業，4～5 d后投產，對水泥漿綜合性能要求高；④?244.5 mm技術套管腳最大限度地接近油層頂界（一般距離M1層頂界15～45 m），尾管重合段僅45 m左右。在確保產層尾管固井施工安全的前提下，保證產層封固質量技術難度大。

文中從提高窄環空固井界面膠結強度及水泥石本體防水竄性能的設計思路出發，進行復合酸性前置液體系、強觸變微膨脹膠乳水泥漿體系及現場固井施工技術研究，并通過33口井的現場應用，形成了厄瓜多爾TAMBOCOCHA油田油水活躍油藏固井技術，提高了該油田底水油藏固井封固質量，并對國內底水油藏及高含水調整井防水竄固井具有一定的借鑒意義。

1 復合酸性前置液體系

1.1 技術思路與配方組成

固井前置液應具備稀釋、驅替、隔離鉆井液，清洗套管及井壁油污，清除井壁虛濾餅，改善界面潤濕性能，增加界面膠結強度等作用［1-4］。為此，在驅油沖洗液基礎上加入酸性沖洗液、雙作用隔離液和界面增強沖洗液，以形成一套復合酸性前置液體系。

復合酸性前置液體系主要包含以下4種：

驅油沖洗液體系：清水+表面活性劑BCS-010L+KCl，密度為1.05 g／cm3

雙作用隔離液體系：清水+G404SP隔離劑+CaCO3，密度為1.30～1.56 g／cm3

酸性沖洗液體系：清水+陰離子表面活性劑+HCl+KCl，密度為1.10 g／cm3

界面增強沖洗液體系：清水+硅酸鈉水溶液+消泡劑G603，密度為1.26 g／cm3

1.2 沖洗方法及作用機理分析

固井施工中交替注入驅油沖洗液、雙作用隔離液、酸性沖洗液和界面增強沖洗液四種體系，各沖前置液體系作用如下：

（1）驅油沖洗液體系能夠稀釋鉆井液，改善其流動性，使其更容易被驅替，配方中加入KCl，可有效保持井壁的穩定性，保證施工安全，同時還可以有效地清除井壁油污。

（2）隔離液體系能夠有效避免鉆井液和水泥漿發生污染，體系中CaCO3顆?？蓪谶M行有效沖刷，隔離液體系還可有效懸浮泥餅中剝離的CaCO3和黏土顆粒，大大提高泥餅清除效率。

（3）酸性沖洗液體系可溶蝕反應隔離液體系中的CaCO3和黏土，并在沖洗泥餅的同時與CaCO3反應生成CaCl2，參與后期水泥水化，提高二界面膠結質量。

（4）界面增強沖洗液體系采用硅酸鈉溶液，其活化、清洗及堿性特征，可增強水泥界面膠結強度，提高固井質量。

現場施工沖洗方法見表1。

表1 復合酸性前置液體系沖洗方法及步驟

1.3 泥餅清除效率評價

將現場泥漿在高溫高壓（溫度55℃、壓力3.5 MPa）條件下進行靜失水，制得濾餅，晾干表面水分后稱重；再將濾餅固定在六速旋轉黏度計外桶上，在黏度計轉速為200 r／min條件下，按照不同的清洗方法進行沖洗，沖洗完取出泥餅，晾干后稱重，則泥餅清除效率為：

式中：M1為濾餅質量，g；M2為沖洗后的濾餅質量，g；M0為濾紙質量，g；E為泥餅清除效率，%。

不同的沖洗方法下泥餅清除效率實驗結果如表2所示，從表中可以看出，在相同的轉速下，隨著清洗時間的增加，泥餅清除效率逐漸增加，復合前置液體系中三種前置液依次沖洗清除效率明顯高于單一前置液沖洗清除效率，復合前置液可以極大地提高泥餅清除效率。

表2 不同的沖洗方法下清除效率

1.4 界面膠結強度評價

1.4.1 二界面膠結強度評價方法設計

為了評價酸性復合前置液體系對二界面膠結強度改進效果，取現場井筒巖心，模擬水泥石與地層的膠結狀況，測試的膠結強度為水泥石與含有泥餅的地層巖心之間的膠結強度，模擬效果更加真實，測試原理見圖1。先將巖心放置于增壓養護釜，泥漿增壓養護24 h后，再在流變儀中用酸性復合前置液體系沖洗巖心7 min后，用測試模與水泥漿一起在高溫養護箱（70℃）中進行養護24 h，然后使用壓力實驗機測試膠結強度。膠結強度計算公式為：

圖1 測試原理

式中：P為膠結強度，MPa；D為巖心的直徑，mm；H為巖心的高度，mm；F為剪切力，N。

1.4.2 界面膠結強度評價結果

對不同處理情況的巖心進行膠結強度測試，其中，水泥漿基漿配方為西班牙G級水泥+2.5%降失水劑BXF-200 L+0.2%緩凝劑BXR-200 L+現場水；1＃巖心不在鉆井液中浸泡，直接倒入水泥漿基漿于養護裝置中養護24 h后測試膠結強度；2＃巖心在鉆井液中浸泡造泥餅，用清水沖洗巖心表面7 min；3＃巖心在鉆井液中浸泡造泥餅，用單一表面活性劑沖洗液CXY沖洗巖心表面7 min；4＃巖心在鉆井液中浸泡造泥餅，用酸性沖洗液沖洗巖心表面7 min；5＃巖心在鉆井液中浸泡造泥餅，用驅油前置液、酸性沖洗液和雙作用隔離液依次沖洗巖心表面7 min；6＃巖心在鉆井液中浸泡造泥餅，用驅油前置液、酸性沖洗液和雙作用隔離液依次交替兩輪沖洗巖心表面7 min。實驗結果如表3所示。

表3 不同介質沖洗條件下的膠結強度

從表3可以看出，未經過鉆井液養護的巖心膠結強度明顯高于養護過的巖心膠結強度；清水沖洗過的巖心與水泥漿基漿膠結強度低；單一酸性沖洗液沖洗過的巖心膠結強度比單一表面活性劑沖洗液CXY沖洗過的巖心膠結強度略高；復合前置液沖洗后巖心膠結強度明顯提高；復合前置液交替沖洗后巖心膠結強度比復合前置液沖洗后的巖心膠結強度略高，較單一表面活性劑沖洗液CXY提高105%。

2 強觸變膨脹膠乳水泥漿體系

2.1 設計思路與防水竄機理

通過分析TAMBOCOCHA油田某口井CAST-V超聲波成像測井結果，顯示產層段有多處弱膠結或無膠結且形成連續竄流通道。經分析排除該井存在未壓穩、大肚子井段頂替效率低、水泥漿失水量大及產生微環隙等因素。該井后期測試日產液量為994 m3，油水活躍，地層流體以“溶解遷移”方式破壞水泥漿膠凝結構，形成局部竄槽［5-6］。

為解決地層水對水泥漿的侵蝕問題，在膨脹膠乳水泥漿體系中引入觸變防水竄材料，形成強觸變膨脹膠乳水泥漿體系，提高水泥漿候凝期間抗“溶解遷移”能力，同時有效防止水泥石收縮，從而提高產層封固質量。

2.2 觸變劑優選及對水泥槳觸變性能影響

步玉環等人［7］提出了基于稠度差值法的水泥漿觸變性能評價方法，即采用增壓稠化儀在不同停機時間前后的稠度差值來表征水泥漿觸變性能的優劣，此方法不僅能夠體現水泥漿靜止后剪切應力隨時間的變化，且便于操作及測量。采用稠度差值法對不同防水竄觸變劑的觸變性能進行評價，在55℃條件下用增壓稠化儀測量摻有不同觸變劑的水泥漿及原漿靜止10 min、20 min后的水泥漿稠度差值變化，實驗結果如表4所示。

表4 不同觸變劑觸變性能評價

從表4可以看出，添加觸變劑CA-3L的水泥漿稠度差值大于添加觸變劑CA-2L的水泥漿稠度差值，表明觸變劑CA-3L觸變性優于觸變劑CA-2L。這是因為在水泥漿中添加觸變劑CA-3L后，在水泥漿體內部形成網絡結構，獲得良好的觸變性能，提高了水泥漿內部結構阻力，宏觀上表現為水泥漿稠度增加，進而提高水泥漿抗水侵性能［8-9］。隨著觸變劑加量增加水泥漿稠度差值變大，可以通過調節觸變劑加量改變水泥漿觸變性強弱。

2.3 強觸變膨脹膠乳水泥槳體系配方及性能

2.3.1 配方組成及常規性能

采用雙凝強觸變膨脹膠乳水泥漿體系，基礎配方為：G級油井水泥+降失水劑BXF-200 L+膠乳BCT-800 L+緩凝劑BXR-200 L+膨脹劑EXC-13+觸變劑CA-3L。雙凝強觸變膨脹膠乳水泥漿體系性能如表5所示，領漿和尾漿稠化曲線如圖2、圖3所示。

圖3 尾漿稠化實驗曲線

表5 強觸變膨脹膠乳水泥漿體性能

從表5可以看出，雙凝強觸變膨脹膠乳水泥漿體系具有失水量低、漿體穩定性好、抗壓強度高的特點。這是因為水泥漿中添加了膠乳和觸變劑，初始稠度較高，提高了抗地層流體入侵阻力，具有較好的防竄能力，滿足水泥漿性能設計要求。從圖2可以看出，領漿中停實驗后重新打開電機，水泥漿稠度升至45 Bc后迅速下降至32 Bc，說明水泥漿的觸變性形成的膠凝結構很容易被破壞，不影響懸掛器坐掛后開泵循環，保障施工安全。

圖2 領漿稠化實驗曲線

2.3.2 防竄性能

采用CHANDLER靜膠凝強度測試儀5265U和水泥漿氣液竄模擬分析儀測定強觸變膨脹膠乳水泥漿體系防竄性能。按照《油井水泥外加劑評價方法：防氣竄劑SYT5504.5-2010》，在70℃條件下進行強觸變膨脹膠乳水泥漿體系靜膠凝強度實驗，得到靜膠凝強度過渡時間為7 min時，在2.8 MPa壓差下水泥漿竄流流量為0，這說明水泥漿在膠凝失重期間防竄效果良好。從圖4可以看出，強觸變膨脹膠乳水泥漿體系靜膠凝強度過渡時間短，水泥石抗壓強度發展較快，縮短了水泥漿候凝時間，具有較好的防水竄效果。

圖4 強觸變膨脹膠乳水泥漿膠凝強度曲線

3 配套固井工藝技術

3.1 旋轉尾管固井工藝

采用帶有頂部封隔器的膨脹式旋轉尾管固井。當環空窄間隙處有滯留（或流動較慢）的鉆井液時，旋轉套管可依靠套管壁拖曳力將鉆井液帶入環空較寬間隙處，從而更容易被前置液和水泥漿驅替，可以有效提高鉆井液頂替效率［10-12］，同時頂部封隔器可有效防止由于水泥漿失重而引起的油水竄。丁士東等人［13］在假設鉆井液、水泥漿為黏性不可壓縮的液體前提下，根據黏性不可壓縮液體的運動方程建立了旋轉套管理論模型。通過計算得出套管旋轉速度越快，帶動環空流體徑向運動的效果越好，當?177.8 mm套管旋轉速度達到11～14 r／min時，就可以帶動環空大部分鉆井液產生速度大于0.05 m／s的徑向運動，有利于驅動鉆井液。利用軟件模擬以速度15～20 r／min旋轉尾管串，尾管段平均體積頂替效率大于90%，旋轉工況下最大扭矩不超過套管允許扭矩最大值的80%，滿足施工需求。

3.2 固井工具優選

針對三開井段完鉆后不通井，套管下入困難問題，優選偏心切削式擴眼浮鞋有利于引導套管串順利入井下放。選用的整體式彈性扶正器具有無應力集中點、可靠性高的技術優勢，有效地提高了大斜度井段套管居中度，提高頂替效率。

3.3 固井施工參數設計

（1）居中度設計。為保證套管居中度，提高頂替效率，利用居中度設計軟件CentraDesign設計模擬扶正器安放，產層段每根套管加放2個整體式彈性扶正器，套管居中度大于67%。

（2）變排量頂替設計。根據井眼軌跡、泵送流體性能、鉆井液性能、地層壓力和地層破裂壓力等數據，利用固井頂替流態模擬軟件CEMPRO設計模擬施工參數，做到壓穩防漏，提高頂替效率。

（3）水泥漿量設計。尾漿水泥漿量精確度將會對固井質量和施工安全造成極大影響。確定水泥漿量主要方法為：套管下到底循環正常后，排量逐漸變大，壓力成線性增大，說明不存在縮徑現象；壓力成幾何式增大，說明井徑縮小。同時測遲到時間，套管下到底，循環時加入指示劑或指示物，根據泵沖反算裸眼平均井徑。

4 結論

（1）采用復合酸性前置液體系及交替沖洗方法，可有效提高窄間隙固井沖洗效率，其界面膠結強度較單一沖洗液體系提高105%，可有效驅替鉆井液，清洗泥餅，提高固井界面膠結質量。

（2）強觸變膨脹膠乳水泥漿體系具有失水量低、漿體穩定性好、抗壓強度高的特點，靜膠凝過渡時間短，早期強度高，具有較好的防水竄效果。

（3）形成了厄瓜多爾TAMBOCOCHA油田油水活躍油藏固井技術，提高了該油田底水油藏固井封固質量，并對國內底水油藏及高含水調整井防水竄固井具有一定的借鑒意義。