吳起油田防水竄固井技術(shù)研究與應(yīng)用

劉鈺龍

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，陜西西安 710021；2.低滲透勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710021）

吳起油田防水竄固井技術(shù)研究與應(yīng)用

劉鈺龍1，2

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，陜西西安 710021；2.低滲透勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710021）

吳起油田地處鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，主力油層是侏羅系延安組延8、9、10，屬低壓高滲復(fù)雜油氣藏，地層滲透率達(dá)到100 mD~300 mD，油藏埋深1 500 m左右，井底溫度低（45℃）。針對該油田一次上返固井防漏壓穩(wěn)難度大，油層封固差，固完井后井口冒油、氣、水等技術(shù)難題，通過對防竄水泥漿體系及防竄固井工藝的研究，形成了一套適合吳起油田地層特性的防水竄固井配套技術(shù)，對其他油田防水竄固井具有借鑒意義。

吳起油田；固井；水竄；防竄水泥漿

吳起油田2010年開始部署三次加密井，注水井網(wǎng)密集，注水時(shí)間長，由于停注停采工藝措施沒有執(zhí)行到位，導(dǎo)致地層壓力異常，地層壓力當(dāng)量密度在1.35 g/cm3~1.82 g/cm3，同時(shí)洛河組地層承壓能力低，容易發(fā)生漏失，進(jìn)而使固井施工時(shí)存在防漏壓穩(wěn)難度大，水泥漿頂替到位及候凝期間出現(xiàn)稀釋及竄槽，固完井后井口冒油、氣、水等技術(shù)難題。為解決此類問題，有必要研究和制定出一套適合吳起油田地層特性的防水竄固井配套技術(shù)。

1 吳起油田固井技術(shù)難點(diǎn)

（1）吳起油田開發(fā)層系存在原始地層水、油水同層和邊底水活躍的問題，并且水層跨度大，水層跨度在200 m~400 m，活躍的地層水容易侵蝕到水泥漿中，導(dǎo)致水泥石強(qiáng)度降低，膠結(jié)不良。

（2）侏羅系延安組地層滲透率相對較高，達(dá)到100 mD~300 mD，會導(dǎo)致水泥漿失水和井壁附著虛泥餅的問題，從而影響水泥石強(qiáng)度和第二界面膠結(jié)強(qiáng)度。

（3）侏羅系延安組油藏埋深淺及水泥漿存在失重的問題，會導(dǎo)致水泥漿凝固過程中難以平衡地層壓力而導(dǎo)致水竄的情況。

（4）油層溫度在40℃~45℃，一般的水泥漿體系稠化時(shí)間相對較長，會導(dǎo)致水泥漿在凝結(jié)過程中受油氣水侵。

（5）洛河組埋藏深度為200 m~500 m，地層承壓能力低，如果發(fā)生漏失，會導(dǎo)致靜液柱壓力降低，難以壓穩(wěn)水層，導(dǎo)致水竄及管外冒油氣水。

2 解決思路

要想水泥漿不發(fā)生竄流，必須滿足“三壓穩(wěn)”，即注水泥前壓穩(wěn)、注水泥過程中壓穩(wěn)和候凝過程中水泥漿處于失重狀態(tài)時(shí)壓穩(wěn)，也即是任意時(shí)刻水泥漿液柱壓力和水泥漿孔隙結(jié)構(gòu)阻力之和大于地層壓力。具體措施如下:

2.1 減少水泥石體積收縮

油井水泥水化時(shí)固有的體積收縮是造成水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量差和誘發(fā)水竄的主要原因之一。已有研究表明[1]:油井水泥凝固時(shí)，化學(xué)收縮量占水泥漿總體積的2.6% ~5.0%，其中初凝前最大收縮量小于0.5%，收縮主要發(fā)生在終凝后。要從根本上解決水竄和膠結(jié)質(zhì)量問題，必須從補(bǔ)償水泥石的體積收縮入手。

2.2 減少水泥漿失水

根據(jù)Sabins和Sutton的研究[2]，在綜合考慮了水泥漿失水和收縮的影響后,提出了在過渡時(shí)間內(nèi)因水泥漿體積減縮引起的最大壓力損失（ΔP）與失水引起的體積收縮率（FLVR）、由水化引起的體積收縮（HVR）和膠凝強(qiáng)度達(dá)到0.025 MPa時(shí)水泥漿的壓縮系數(shù)（Cf）之間的關(guān)系:ΔP=（FLVR+HVR）/Cf，顯然，在其他條件不變的前提下，失水引起的體積收縮率（FLVR）越小，過渡時(shí)間內(nèi)因水泥漿體積減縮引起的最大壓力損失（ΔP）越小。

2.3 縮短水泥漿稠化時(shí)間和過渡時(shí)間

水泥漿稠化時(shí)間越長，受到地層水稀釋的機(jī)會越大；在現(xiàn)場泵送水泥漿結(jié)束后，將進(jìn)入候凝階段，水泥漿的狀態(tài)也將從液體狀態(tài)到膠凝狀態(tài)最后到固體狀態(tài)，膠凝狀態(tài)的水泥漿不完全是液體，也不完全是固體，不能夠很好的傳遞壓力，也不能夠很好的承受壓力，發(fā)生水竄的可能性較大，因此，過渡時(shí)間越長，處于膠凝狀態(tài)的時(shí)間就越長，發(fā)生水竄的可能性也就越大。

2.4 避免水泥漿失重帶來的影響

一般情況下，采用三凝水泥漿體系，使水泥漿從下到上依次凝固，凝固的時(shí)間差在1 h左右。

2.5 增大水泥漿孔隙結(jié)構(gòu)阻力

通過引入觸變劑和不滲透劑，有利于減少水泥漿受稀釋的影響和減小水泥石滲透率，防止水竄的發(fā)生。

2.6 提高沖洗液沖洗效率和水泥漿頂替效率

井壁上泥餅和套管上油膜的沖洗效率低以及水泥漿頂替效率差，會導(dǎo)致第一、二界面完整密封性差，從而導(dǎo)致固完井后水竄的發(fā)生。

2.7 減少套管收縮帶來的影響

憋壓候凝時(shí)，套管處于膨脹狀態(tài)，候凝完畢，放掉套管內(nèi)壓力，套管收縮會形成第一界面微間隙造成固完井后水竄。

3 防竄水泥漿體系研究

通過引入降失水劑，降低水泥漿在高滲透率地層失水，提高水泥石強(qiáng)度；引入早強(qiáng)鎖水劑，提高水泥漿觸變性和抗壓強(qiáng)度；使用膨脹劑，補(bǔ)償水泥石體積收縮，防止微裂縫的產(chǎn)生，改善一、二界面膠結(jié)強(qiáng)度。

3.1 外加劑優(yōu)選

（1）早強(qiáng)鎖水劑優(yōu)選（見表1）。由表1看出，ZQ-3對油井水泥增強(qiáng)效果明顯，加量2.0%時(shí)45℃/48 h強(qiáng)度達(dá)到54.2 MPa。

表1 早強(qiáng)鎖水劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

（2）減阻劑優(yōu)選（見表2）。由表2可以看出，JZ-2對加有2.0%的ZQ-3水泥漿體系流變性能改善良好，當(dāng)JZ-2的加量為0.5%時(shí)，水泥漿體系流變性能好，且抗壓強(qiáng)度不受影響。

（3）膨脹劑優(yōu)選（見表3）。由表3可以看出，PZ-1加入后，水泥漿具有一定的硬化體膨脹，當(dāng)加量達(dá)到0.5%時(shí)，48 h膨脹率達(dá)到0.43%。

3.2 防竄水泥漿體系配方組成及性能評價(jià)

通過添加劑復(fù)配及室內(nèi)評價(jià)，室內(nèi)形成了膨脹高強(qiáng)降失水防竄水泥漿體系。配方組成:葛洲壩G級水泥+2.0%降失水劑GSJ+0.5%膨脹劑PZ-1+2.0%早強(qiáng)劑ZQ-3+0.5%減阻劑JZ-2，45℃性能（見表4）。

表4顯示該體系:（1）在較低溫度條件下具有很好的降失水效果；（2）水泥漿稠化時(shí)間短，過渡時(shí)間短，直角稠化效果顯著；（3）體系觸變性好，可減少地層水的侵入；（4）水泥漿硬化后具有一定的膨脹性，可防止微裂縫、微間隙的產(chǎn)生，能有效改善一、二界面的膠結(jié)質(zhì)量，該水泥漿體系總體上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

表2 減阻劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

表3 膨脹劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

表4 膨脹早強(qiáng)降失水水泥漿綜合性能

4 防竄固井工藝研究

（1）采用套管扶正器，改善套管居中條件。在井斜角、方位角變化不大的井段采用彈性扶正器，在井斜角、方位角變化大的井段采用剛性扶正器，每根套管加一個(gè)扶正器。

（2）調(diào)整鉆井液性能使其達(dá)到低黏切、低失水、低含砂量、薄濾餅，并循環(huán)鉆井液兩周左右才開始進(jìn)行固井施工。

（3）加大前置液注入量，一般情況下注前置液8 m3，每口井使用CXY沖洗液，沖洗液配方為:CXY 200 kg+清水4 m3，沖洗液注完后再注4 m3清水。

（4）注水泥漿要求:領(lǐng)漿（洛河頂界到地面）密度1.30 g/cm3~1.35 g/cm3；中漿（油層段以上50 m到洛河頂界）密度1.75 g/cm3~1.80 g/cm3；尾漿前4 m3~4.5 m3，不封固油層段，密度1.85 g/cm3~1.90 g/cm3；尾漿后4 m3~ 4.5 m3，封固油層段，密度1.92 g/cm3~1.95 g/cm3。

（5）對于易漏失井，合理控制施工參數(shù)，減小流動(dòng)阻力，盡量保證返高。即單車以1 m3排量頂替，起壓后以0.6 m3~0.8 m3排量頂替至碰壓，中途不得倒檔。

（6）候凝時(shí)環(huán)空加壓，加壓大小按照液柱壓力和地層壓力的差值來計(jì)算，一般3 MPa~5 MPa，憋壓時(shí)間必須盡早為宜，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，一般選擇在水泥漿候凝60 min前進(jìn)行憋壓。

5 現(xiàn)場應(yīng)用效果

在吳起區(qū)塊共固井110口次，使用防竄水泥漿體系及配套工藝技術(shù)固井73口，油層段固井質(zhì)量對比（見表5）。

表5 改進(jìn)措施前后固井質(zhì)量對比分析

從表5中的統(tǒng)計(jì)和聲幅圖可以看出，使用改進(jìn)后的防竄水泥漿體系和配套工藝技術(shù)能夠有效提高固井質(zhì)量，對比改進(jìn)前，油層段優(yōu)質(zhì)率同比提高到了45.6%。

6 結(jié)論與建議

（1）通過應(yīng)用這套固井技術(shù)，解決了吳起油田防水竄固井技術(shù)難題，滿足了吳起油田對固井質(zhì)量較高的要求。

（2）應(yīng)用不同的水泥漿體系，如膠乳水泥漿體系、泡沫水泥漿體系等，以進(jìn)一步完善配套固井工藝。

（3）實(shí)驗(yàn)套管外封隔器，在水泥漿頂部和封固段頂部各使用一只管外封隔器,即采用機(jī)械方法分隔開環(huán)空層段以防止高壓水層的竄流。

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吐哈油田老井挖潛解放潛力層

吐哈鄯善采油廠丘東工區(qū)丘東31井在西山窯組老井復(fù)試中，日產(chǎn)天然氣1.3萬立方米，原油1.3噸。

今年年初以來，技術(shù)人員集中精力開展丘東、溫2等相鄰區(qū)塊西山窯組的老井復(fù)查工作，一方面深化地質(zhì)認(rèn)識，開展區(qū)塊地層對比，尋找標(biāo)志層和精細(xì)完善砂組劃分，明確縱向上地層水的變化規(guī)律。另一方面完善解釋圖版，深化老井精細(xì)解釋，開展油藏分析，細(xì)致刻畫區(qū)域內(nèi)的油水關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，開展各區(qū)塊多井對比和復(fù)查。通過復(fù)查，技術(shù)人員對丘東31井、溫2-8井、溫氣806井等提出老井復(fù)試建議。丘東31井復(fù)試成功，揭示了吐哈西山窯組低效井挖潛的良好前景，降低了儲層壓裂改造的物性下限，有望解放一批物性偏差的潛力層，提升吐哈天然氣生產(chǎn)能力。

（摘自中國石油新聞中心2017-04-12）

The research and application on anti-water channeling cementing technology of Wuqi oilfield

LIU Yulong1，2
（1.Drilling and Production Research Institute，Chuanqing Drilling Engineering Limited CNPC，Xi'an Shanxi 710021，China；2.Low Permeability Oil and Gas Field Exploration and Development of the National Engineering Laboratory，Xi'an Shanxi 710021，China）

Wuqi oilfield is located in Yishan slope of Ordos basin,the major oil reservoir is Jurassic yan 8,9,10,and it belongs to low pressure high permeability oil and gas reservoir. The formation permeability is up to 100 mD~300 mD,and the reservoir buried depth is 1 500 meters,the bottom hole temperature is about 45℃.Facing the problems of anti-leakage and holding the formation pressure during one-time up-down period，poor cementing quality of oil reservoir and oil-gas-water flowing out of the casing after completion,we formed a set of suitable technology for Wuqi oilfield through studying the anti-water channeling slurry system and related onsite cementing engineering technique,which has a certain reference significance on other oilfields.

Wuqi oilfield；well cementation；water channeling；anti-water channeling slurry system

TE256.6

A

1673-5285（2017）04-0059-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.04.016

2017－02-23

劉鈺龍（1988-），助理工程師，2008年畢業(yè)于長江大學(xué)石油工程學(xué)院石油工程專業(yè)，主要從事固井工藝、固井工具、水泥漿體系等方面的研究開發(fā)工作，郵箱:605347994@qq.com。