新安邊油田雙級固井設(shè)計優(yōu)化

俞忠寶，沙麗紅，余海棠

(1.延長油田股份有限公司 開發(fā)部;2.延長油田股份有限公司 技工學校，陜西 延長 716000)

1 新安邊油田概況

新安邊油田位于陜西省定邊縣，與吳起縣交界，主要開發(fā)區(qū)在新安邊鎮(zhèn)東南部。地面海拔1403 m－1846 m，屬典型的黃土塬地區(qū)。油田屬低壓、低滲、致密油藏，其封固段的主要特點為油層段長、層間水活躍、上部地層承壓能力低。延安組、延長組長6油層普遍含油，洛河組、延安組、延長組均有多段水層，全井地層孔隙壓力梯度為0.0112 MPa/m，油層破裂壓力梯度為0.016 MPa/m，存在著嚴重漏失問題，主要發(fā)生在中生界白堊系洛河組、延安組底部、延長組。其地層層序表見表1。

2 新安邊油田固井施工所遇問題及原因分析

新安邊油田特有的地層特點使其在固井施工中會有如下難點:

1)祼眼段長、層系多，油、氣、水活躍，壓穩(wěn)需相對較高的水泥漿比重。

2)油層段跨距大，為了保障油層段水泥環(huán)足夠的強度，常規(guī)比重水泥漿需求量大。

3)低漏失壓力層段多，防漏需較低的水泥漿比重。

4)封固段長，施工壓力、流動阻力相對較大。

由于以上難點的存在，在固井施工易出現(xiàn)的主要問題為:

1)油層段聲幅幅值普遍較高。

2)多個層位出現(xiàn)漏失現(xiàn)象，水泥返高達不到設(shè)計要求。

新安邊油田固井施工中，出現(xiàn)問題的原因主要有以下幾點:

1)分級箍位置不合理。其分級箍安裝在延長組長4+5以上200 m左右，距下部油層200 m，為了保證油層段水泥環(huán)強度，一級和二級固井的下部必須使用常規(guī)密度水泥漿，致使井筒液柱壓力大。

2)低密度水泥漿密度值偏高。使用密度為1.4－1.5 g/cm3的微硅低密度水泥漿體系，與鉆井液1.07 g/cm3的密度存在較大差值，在現(xiàn)技術(shù)能力條件下，仍有下調(diào)的空間。

3)常規(guī)水泥漿性能較差，水泥漿稠化時間偏長，易發(fā)生油、氣、水侵現(xiàn)象;在正壓差的作用下，水泥漿失水量大，影響水泥石強度。

表1 新安邊油田地層層序表

3 雙級固井技術(shù)

分級固井技術(shù)是深井、復雜井常用的一種固井工藝，通過使用專用的固井工具—分級箍，可按需要將環(huán)空水泥分隔成兩段或多段進行注水泥作業(yè)。采用分級注水泥器進行分級注水泥作業(yè)，可降低環(huán)空靜液柱壓力，從而減少作業(yè)中發(fā)生井漏的可能性，降低施工壓力，縮短一次注水泥施工時間，同時還可防止或減少水泥漿失重造成的油氣水上串，有利于提高固井質(zhì)量［1，2］。除此之外，還可選擇最佳的水泥封固井段，節(jié)約水泥，降低固井成本。

在雙級固井作業(yè)中，雙級箍安防位置是作業(yè)成敗的關(guān)鍵。由于新安邊油田區(qū)域井漏失層段較長，無固定井深，不能確切掌握漏層數(shù)日、吸收量和漏速，在詳細調(diào)查漏頻順序、漏失壓力當量密度均值、平均漏層底深、井底靜止溫度基礎(chǔ)上，提出分級箍安放的4個設(shè)計原則:

1)有助于提高封固水泥漿密度并防止井漏;

2)有助于減少水泥漿設(shè)計困難;

3)有助于提高裸眼段頂替效率;

4)有助于分級箍通過試壓和確保密封。

其技術(shù)要求如下:

1)自位于主漏層以上，一級水泥漿可返至分級箍以上150－200 m而不壓漏主漏層;

2)位于巖性穩(wěn)定地層井徑規(guī)則處;

3)兩級水泥封固裸眼長度接近。

根據(jù)堵漏井口穩(wěn)壓值和鉆井液密度，可以推算出主漏層以上超返水泥長度，進而可在主漏層頂界至超返水泥頂界間確定合適的分級箍位置。

此外，根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)經(jīng)驗，由于分級箍安裝在延長組長4+5以上200 m左右，距下部油層200 m，為了保證油層段水泥環(huán)強度，一級和二級固井的下部必須使用常規(guī)密度水泥漿，致使井筒液柱壓力大，從而導致漏失。針對固井過程中發(fā)生漏失和油層段封固質(zhì)量差的問題，對固井設(shè)計進行了優(yōu)化，調(diào)整了分級箍位置，將分級箍位置上調(diào)，安裝在延安組油層底以下50－80 m。同時，兩級固井均采取雙密度水泥漿體系，優(yōu)化了水泥漿配方，調(diào)整了水泥漿的密度和稠化時間等性能參數(shù)，環(huán)空液柱壓力有所降低，漏失問題得到了解決，固井質(zhì)量達到了要求。

4 固井水泥漿體系

為了進一步解決目標區(qū)域的固井作業(yè)漏失問題，水泥漿應(yīng)盡可能具有較低的密度，減少靜液柱壓力，防止松軟地層破裂，保證水泥漿返出地表面，實現(xiàn)良好的封固。從目前低密度水泥漿的研究和應(yīng)用情況來看，要獲得較低的密度，主要是通過加入部分輕質(zhì)充填物并適當增大水灰比來得到低密度水泥漿，而水泥被部分輕質(zhì)充填物代替和增大水灰比這兩個因素都不利于低密度水泥漿體系的抗壓強度，應(yīng)主要從外加材料的研究入手。對于水泥中的輕質(zhì)充填物，最好是具有較高的活性(潛在活性)的物質(zhì)，如粉煤灰、微硅、高爐礦渣等物質(zhì)，以便減弱降低密度和獲得較高強度之間的對立關(guān)系［3－5］。

4.1 顆粒級配原理

作業(yè)區(qū)域固井采用微硅－漂珠低密度水泥漿體系，其主要利用顆粒級配原理優(yōu)化水泥與低密度充填材料之間的粒度分布，使材料之間的堆積比例達到最大，減少材料顆粒之間的空隙，從而降低水灰比，提高水泥漿體系的整體性能。漂珠顆粒密度只有0.7 g/cm3左右，顆粒直徑大(平均粒徑150－250×10－6m)，在水泥漿中會產(chǎn)生大于自身重力的浮力而上浮，使水泥漿體系失穩(wěn)產(chǎn)生分層，固井時會造成封固段上部封固不良。微硅的平均顆粒直徑0.15×10－6m，遠比水泥和漂珠小，所以微硅有巨大的比表面積(15－25 m2/g)，因而與水泥混合時需要大量的水來潤濕其表面，對水灰比的敏感性較強，加量與降低密度的效率也受到限制。微硅－漂珠低密度水泥漿體系正是利用漂珠和微硅各自的優(yōu)點，而且又能互相克服對方的缺點，微硅顆粒小能夠充填在漂珠和水泥顆粒之間的空隙，正好符合顆粒級配原理。

4.2 水泥漿綜合性能

低密度水泥漿在保證低密度性能同時，必須具備較好的強度性能以及較小的失水才能滿足現(xiàn)場作業(yè)需求，表1為原作業(yè)水泥漿的綜合性能。

表2 原作業(yè)水泥漿綜合性能

由表2知，原兩級作業(yè)水泥漿密度均較高，特別是一級注水泥密度明顯偏高，容易壓漏地層，應(yīng)考慮用低密度或常規(guī)密度與低密度結(jié)合的方式來緩解。水泥漿的失水偏大，低密度水泥漿達到了300 mL，這會導致漿體變稠，泵壓增加，造成現(xiàn)場作業(yè)安全事故。此外，低密度強度也偏低。

相比之下，整體優(yōu)化后的水泥漿綜合性能有了明顯提高，如表3所示，水泥漿的抗壓強度有了提高，失水顯著降低。而且優(yōu)化施工工藝，將一級注水泥分為常規(guī)密度和低密度兩部分，降低了漿體的液柱壓力，避免了壓漏事故的發(fā)生。

表3 優(yōu)化后作業(yè)水泥漿綜合性能

水泥漿配方:

一級常規(guī)水泥漿:寧夏贏海G級水泥+2.5%G335+0.5%G201+0.3%USZ;

一級低密度水泥漿:寧夏贏海G級水泥+20%漂珠+5%微硅+3%G335+0.8%USZ;

二級常規(guī)水泥漿:寧夏贏海G級水泥+2.5%G335+0.5%G201+0.3%USZ;

二級低密度水泥漿:寧夏贏海G級水泥+40%漂珠+8%微硅+3%G335+0.8%USZ。

5 幾點認識

1)在雙級固井作業(yè)中，雙級箍安放位置是作業(yè)成敗的關(guān)鍵，通過調(diào)整雙級箍的位置，有效解決作業(yè)中存在的瓶頸;

2)進一步優(yōu)化原有低密度水泥漿，使其綜合性能更加優(yōu)越，更能夠滿足現(xiàn)場固井需求。

［1］李寶貴.雙級注水泥技術(shù)在低壓易漏探井中的應(yīng)用［J］.新疆石油科技，2002，4(12):5－6.

［2］王小利，李恒明，于珊.分級注水泥裝置的使用及推廣［J］.西部探礦工程，2007(1):62－63.

［3］劉崇建，黃柏宗，徐同臺，等.油井注水泥理論與應(yīng)用［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2001.

［4］張德潤.張旭.固井液設(shè)計及應(yīng)用［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2002.

［5］馮京海，程遠方.高強度低密度水泥漿體系的研究［J］.鉆井液與完井液，2007，24(5):44－46.