低溫防竄水泥漿體系的現(xiàn)場應(yīng)用

【摘要】針對低溫固井技術(shù)難點以及大慶油田日益復(fù)雜的地質(zhì)情況，根據(jù)界面增強、防竄等機理，開發(fā)研制適用循環(huán)溫度為10-60℃的低溫防竄水泥漿體系。該體系適用于A級水泥、G級水泥、高強低密度水泥，界面膠結(jié)強度大于原漿2倍，抗竄壓差大于5.0MPa。應(yīng)用井與同區(qū)塊常規(guī)井相比，優(yōu)質(zhì)率提高15個百分點、管外冒發(fā)生率降低到2.0%以下（常規(guī)井管外冒發(fā)生率為15%以上）。

【關(guān)鍵詞】低溫防竄 管外冒 固井質(zhì)量 界面膠結(jié) 抗竄性能

1 前言

低溫下常規(guī)水泥漿體系存在著水化速度緩慢、早期強度低、界面膠結(jié)差、滲透率大等諸多弊端，而低溫（<30℃）防竄外加劑及防竄水泥漿體系的缺乏，導(dǎo)致低溫防竄問題是一直困擾固井界的技術(shù)難題。大慶油田日趨復(fù)雜的地質(zhì)情況，造成復(fù)雜區(qū)固井質(zhì)量差、固井后管外冒等現(xiàn)象嚴(yán)重，尤其是地層壓力異常（地層壓力系數(shù)在2.18以上）、淺層氣上竄（復(fù)雜區(qū)環(huán)空氣竄比例高達30%以上）、固井后管外冒嚴(yán)重（復(fù)雜區(qū)管外冒發(fā)生率在10%以上）等問題。

低溫防竄水泥漿體系，從水泥環(huán)本體、界面等多方面進行研究，為解決低溫防竄問題、提高低溫復(fù)雜井固井質(zhì)量問題，提供有效的技術(shù)解決途徑，為油田長期穩(wěn)定、安全開發(fā)提供有力的技術(shù)支持。

2 低溫防竄水泥漿體系的組成及性能2.1 水泥漿體系的組成

根據(jù)界面增強、防竄等機理，從改善界面過渡層結(jié)構(gòu)、改變水泥各種水化產(chǎn)物生成量、加速水泥漿水化速度、縮短過渡時間等多個方面開展研究，研制開發(fā)低溫用配套外加劑，形成低溫防竄水泥漿體系。體系組成：包括多功能早強劑、低溫用丁苯膠乳、多功能界面改性劑及多種輔劑。

2.2 水泥漿體系性能

水泥漿體系中的主劑具有獨特的成膜機制、界面改性機制，通過合理的顆粒級配及分散增容、滲透、吸附、粘接等反應(yīng)機理，優(yōu)化水泥漿體系性能，賦予水泥漿體系各種不同的防竄特性：

（1）低溫下（10-60℃）早期強度高，過渡時間短，且水泥漿體系具有很強的內(nèi)部結(jié)構(gòu)阻力；

（2）優(yōu)化水泥石本體和界面過度層結(jié)構(gòu)，提高水泥環(huán)的界面膠結(jié)強度和抗地層流體沖蝕的能力；

（3）釋放出大量的可溶性高價陽離子和膠體粒子，通過滲透、吸附、粘接等作用，改善二界面的泥餅質(zhì)量；

（4）水泥環(huán)具有很強的力學(xué)形變能力、微膨脹特性，滲透率低。

3 低溫防竄水泥漿體系的室內(nèi)試驗研究

3.1 常規(guī)性能

通過水泥漿（密度1.90g/cm3）體系在不同溫度下凝結(jié)時間、抗壓強度、濾失量、稠化時間等常規(guī)實驗研究可知，溫度對體系稠化時間、凝結(jié)時間影響不大，水泥漿體系38-60℃時過渡時間都只有2min，10℃×8h抗壓強度為5.2MPa，濾失量小于50mL，體系的這些性能，對低溫井尤其是低溫長封井防竄極其有利。

3.2 水泥環(huán)界面膠結(jié)強度

水泥環(huán)界面處存在界面過渡區(qū)，內(nèi)有大顆粒的氫氧化鈣、鈣釩石等的存在，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)疏松容易形成微裂縫；二界面由于泥餅的存在，形成一個不可固化層，使水泥環(huán)與地層巖石之間不能實現(xiàn)有效的膠結(jié)。不同溫度、不同養(yǎng)護齡期的水泥環(huán)一、二界面的膠結(jié)強度實驗得知，低溫防竄水泥漿體系一界面膠結(jié)強度大于原漿的2倍；而二界面有4mm泥餅存在時，原漿二界面膠結(jié)強度為0，而低溫防竄水泥漿體系二界面膠結(jié)強度大于0.1MPa。

3.3 水泥漿體系的抗竄能力

利用7150型液/氣分析儀對低溫淺層防氣竄水泥漿體系的抗竄能力進行評價，低溫防竄水泥漿體系，無論是水泥漿水化凝結(jié)過程中還是水泥漿凝固后，氣層壓力曲線都未發(fā)生變化，說明沒有發(fā)生氣竄。而原漿開始水化，氣層壓力曲線迅速下降，發(fā)生了氣竄。根據(jù)實驗結(jié)果，低溫防竄水泥漿體系的抗竄壓差大于5.0MPa。

4 低溫防竄水泥漿體系的現(xiàn)場應(yīng)用

目前，低溫防竄水泥漿體系，在大慶油田朝陽溝、杏區(qū)、南區(qū)、喇嘛甸、葡北等復(fù)雜區(qū)塊的復(fù)雜井，現(xiàn)場應(yīng)用400多井次，對提高固井質(zhì)量、預(yù)防管外冒及環(huán)空竄流等復(fù)雜事故的發(fā)生具有顯著效果。

4.1 朝陽溝地區(qū)現(xiàn)場應(yīng)用

朝陽溝地區(qū)由于注采不平衡、油層物性差，地下油層存在異常高壓，地層壓力系數(shù)最高達到2.18以上，完鉆鉆井液密度在1.70-1.90g/cm3之間，油氣水浸嚴(yán)重，固井質(zhì)量難以保證，固井優(yōu)質(zhì)率只有30%。采用低溫防竄體系固井100多井次，固井優(yōu)質(zhì)率由原來的30%提高到了70%以上，固井優(yōu)質(zhì)率提高了40個百分點。

4.2 杏區(qū)、南區(qū)現(xiàn)場應(yīng)用

杏12區(qū)西部、南2、3區(qū)等地區(qū)，由于套損、井網(wǎng)加密等原因，致使層間矛盾突出（高壓區(qū)平均壓力系數(shù)為1.85，局部壓力系數(shù)高達1.95，同時存在欠壓層和易漏層），油氣水浸嚴(yán)重，固井后管外冒等復(fù)雜事故不斷發(fā)生，管外冒發(fā)生率高達10%以上。低溫防竄水泥漿體系，在這些區(qū)塊的復(fù)雜疑難井應(yīng)用 100多井次，使用井管外冒發(fā)生率降到2%以下。如杏12-5-P3414井，鉆井過程中油氣水浸嚴(yán)重，地層壓力系數(shù)1.85，同時存在欠壓層，完鉆泥漿密度為1.85g/cm3，采用該水泥漿體系限壓固井，固井后無管外冒情況發(fā)生，15d測井，固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)。

4.3 葡北、喇嘛甸地區(qū)現(xiàn)場應(yīng)用

葡北、喇南中西一區(qū)原生淺氣和次生淺氣活躍，套損、斷層遮擋、氣頂氣等造成局部異常高壓，固井后環(huán)空氣竄嚴(yán)重，在地層高壓、淺氣異常活躍井，采用體系固井，固井后無環(huán)空氣竄和管外冒現(xiàn)象。如葡182區(qū)塊，淺氣活躍，一口井存在多段淺氣，固井后環(huán)空氣竄高達30%，采用體系固井，固井后沒有發(fā)生氣竄，固井優(yōu)質(zhì)率提高20個百分點。如葡160-斜64井，該井存在多層淺氣，完鉆后發(fā)生氣浸、井涌，采用該體系固井，固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)。

5 結(jié)論

（1）低溫防竄水泥漿體系適用循環(huán)溫度為：10-60 ℃；

（2）該體系10℃時8h抗壓強度達5.2MPa以上（原漿無強度）、過渡時間2min、水泥漿濾失量小于50mL（原漿大于2000mL）；

（3）低溫防竄水泥漿體系界面膠結(jié)強度和原漿相比提高2倍，抗竄壓差大于5.0MPa以上。

（4）應(yīng)用井與同區(qū)塊常規(guī)井相比，優(yōu)質(zhì)率提高15個百分點、管外冒發(fā)生率降低到2.0%以下（常規(guī)井管外冒發(fā)生率為15%以上）。

參考文獻

[1] 丁士東.國內(nèi)外固井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].鉆井液完井液，2002（19）

[2] 牟忠信，張明昌，李 萍. 復(fù)合型早強劑水泥漿體系研究，2005（增刊—0135—03）

[3] 劉霞，高玉堂等.大慶油田低壓高滲調(diào)整井韌性防漏水泥漿體系研究與應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù)，2006（5）

作者簡介

馬淑梅，1967年出生，1990年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)在大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院從事固井水泥外加劑的研究。