粉煤灰低密度水泥漿在塔河油田堵漏中的應(yīng)用

張云華 蔣卓穎 李雨威 王樂

中國石化西南石油工程有限公司固井分公司

塔河油田二疊系地層當(dāng)量密度為1.10～1.15 g/cm3，鉆進(jìn)時鉆井液密度為1.20～1.30 g/cm3，主要由玄武巖、火成巖組成，裂縫、孔洞發(fā)育，承壓能力不足，鉆井過程中易漏、易塌，存在掉塊現(xiàn)象[1-3]。采用常規(guī)鉆井液材料進(jìn)行堵漏效果不理想，承壓不夠，大部分井往往在后期固井時再次發(fā)生漏失(部分井在下套管過程中已發(fā)生漏失，或開泵循環(huán)期間發(fā)生漏失)，井口失返，不能建立循環(huán)，造成水泥漿返高不夠，滿足不了固井要求。若直接固井則不得不降低施工排量，難以滿足設(shè)計要求，不能有效提高頂替效率，且因二疊系漏失，水泥漿返高不夠，漏層以上井段無水泥，需進(jìn)行擠水泥作業(yè)補救，對后期試、采作業(yè)造成影響。因此，優(yōu)選了粉煤灰低密度堵漏水泥漿體系，應(yīng)用于多口井二疊系堵漏，掃塞后承壓效果提高，為后期固井提供有利條件，質(zhì)量明顯提升。

1 粉煤灰低密度堵漏水泥漿體系的篩選

1.1 實驗材料與儀器

本實驗所用實驗材料如表1所列，實驗儀器如表2所列。

表1 主要實驗材料Table1 Mainexperimentalmaterials試劑名稱型號生產(chǎn)廠家油井水泥G青松建化粉煤灰?guī)鞝柪杖A晟化工責(zé)任有限公司微硅庫爾勒華晟化工責(zé)任有限公司降失水劑KT?5A成都聚博科技發(fā)展有限公司緩凝劑KH?2成都聚博科技發(fā)展有限公司分散劑KF?1成都聚博科技發(fā)展有限公司早強劑SWT?2成都聚博科技發(fā)展有限公司

表2 主要實驗儀器Table2 Mainexperimentalequipments試劑名稱規(guī)格型號生產(chǎn)廠家增壓稠化儀OWC?9380沈陽航空航天大學(xué)應(yīng)用技術(shù)研究所常壓稠化儀OWC?9350沈陽航空航天大學(xué)應(yīng)用技術(shù)研究所高溫高壓失水儀OWC?9510沈陽航空航天大學(xué)應(yīng)用技術(shù)研究所旋轉(zhuǎn)黏度儀ZNN?D6沈陽航空航天大學(xué)應(yīng)用技術(shù)研究所靜膠凝強度儀5265美國千德樂工業(yè)儀器公司

1.2 粉煤灰低密度水泥漿設(shè)計

塔河油田二疊系深度4 800 m左右，地溫梯度1.95 ℃/100 m(經(jīng)驗值)，地表溫度10.6 ℃(年平均)，設(shè)計鉆井液密度1.30 g/cm3左右，通過地溫梯度和壓力公式計算及現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)綜合分析得出實驗條件為95 ℃、60 MPa。設(shè)計選用密度1.60～1.65 g/cm3(粉煤灰+微硅)低密度水泥漿進(jìn)行堵漏，有效控制水泥石48 h抗壓強度6～8 MPa，能滿足堵漏后下步施工作業(yè)承壓要求，也可防止水泥石強度過高而掃出新井眼；失水控制在150 mL以內(nèi)，確保水泥漿能擠入漏失層位；流動度20～24 cm,以便于現(xiàn)場混配及泵注，稠化時間控制在300～360 min。

1.3 粉煤灰的摻量實驗

粉煤灰內(nèi)因含有大量活性玻璃體，且有潛在的水硬性，通過磨細(xì)粉煤灰或化學(xué)活化，可提高粉煤灰的活性，并且隨著內(nèi)部玻璃體含量的增加和鈣硅比的提高，其水化活性增強[4]。本實驗選用密度2.6 g/cm3、活性高的一級粉煤灰作減輕劑進(jìn)行低密度水泥漿的研究。先確定粉煤灰與油井水泥的比例，通過調(diào)整水灰比，使水泥漿密度維持在1.60 g/cm3左右，同時測量水泥漿穩(wěn)定性、流動度、析水等性能來確定粉煤灰加量，再進(jìn)行水泥漿其他性能實驗。

表3 不同粉煤灰摻量下水泥漿性能Table3 Performancesofcementslurrywithdifferentflyashcontent配方w(水泥)/%w(粉煤灰)/%液固比密度/(g·cm-3)流動度/cm沉降穩(wěn)定性①/(g·cm-3)析水/mL配方1100700．631．68240．053．1配方2100800．651．66220．022．2配方3100900．661．65210．020．5配方41001000．671．63180．010．3配方51001200．701．61170．010．3 注：①水泥漿93℃養(yǎng)護(hù)后倒入250mL量筒中，靜置2h后分別測量水泥漿上部與下部密度，計算差值，若差值≤0．02g/cm3則認(rèn)為沉降穩(wěn)定性良好。

從表3可看出，維持設(shè)計的水泥漿密度1.62 g/cm3左右，水泥漿性能受粉煤灰加量的影響極大，當(dāng)粉煤灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于80%時，水泥漿流動性能較好，但穩(wěn)定性滿足不了要求；當(dāng)加量大于120%時，水泥漿流態(tài)較差，不能達(dá)到泵送條件。故選擇粉煤灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%、液固比0.67進(jìn)行低密度水泥漿綜合性能評價。

表4 粉煤灰低密度水泥漿性能Table4 Performancesofflyashlowdensitycementslurry配方w(粉煤灰)/%液固比密度/(g·cm-3)流動度/cmnK/(Pa·sn)析水/mLAPI失水/mL稠化時間/min1800．651．66220．890．241．5723362900．661．65230．810．260．56436131000．671．65220．750．440．462355 注：實驗條件為95℃、63MPa、60min升溫升壓；配方1：AG+w(微硅)5%+w(粉煤灰)80%+w(早強劑)2%+w(降失水劑)10%+w(分散劑)1%+w(緩凝劑)0．5%+淡水；配方2：AG+w(微硅)5%+w(粉煤灰)90%+w(早強劑)2%+w(降失水劑)10%+w(分散劑)1%+w(緩凝劑)0．5%+淡水；配方3：AG+w(微硅)5%+w(粉煤灰)100%+w(早強劑)2%+w(降失水劑)10%+w(分散劑)1%+w(緩凝劑)0．4%+淡水。

1.4 水泥漿性能實驗

通過室內(nèi)實驗，得出不同密度的粉煤灰低密度水泥漿體系，其性能見表4。

從表4可看出，該粉煤灰水泥漿體系密度為1.65 g/cm3左右，采用水泥、粉煤灰、微硅3種不同粒徑顆粒進(jìn)行級配，可適當(dāng)降低液固比，改善水泥漿流變性能，提高水泥石致密度，n值大于0.7，K值小于0.5Pa·sn，水泥漿流變性能良好，易于現(xiàn)場混配及泵送入井。水泥漿析水小，稠化時間可調(diào)，各項性能均滿足堵漏及后期施工要求。

1.5 粉煤灰水泥石強度

由于堵漏對于施工時效要求較高，根據(jù)堵漏要求候凝48 h即探塞，做承壓試驗，繼續(xù)下步鉆井作業(yè)。因此，水泥石強度及發(fā)展速率很大程度上決定了堵漏作業(yè)成功與否。由于粉煤灰活性較低，所配制低密度水泥漿體系中膠凝比例較低，強度發(fā)展緩慢。本實驗通過合理添加無機鹽類早強劑，在水泥水化過程中起催化劑作用，加速水泥硅酸鹽組分水化反應(yīng)速度，促進(jìn)鈣礬石的形成，改善水泥石晶體結(jié)構(gòu)，從而提高水泥石的早期強度[5]。由表5可看出，添加早強劑后水泥石強度發(fā)展迅速，當(dāng)加量達(dá)到2.0%(w)以后，對水泥石性能影響變化不再顯著。

表5 早強劑對水泥石強度影響Table5 Effectofearlystrengthagentoncementstonestrength配方w(粉煤灰)/%密度/(g·cm-3)w(早強劑)/%24h強度(90℃)/MPa1901．6504．52901．651．06．33901．651．57．54901．652．08．25901．652．58．4

1.6 纖維對水泥漿性能的影響

由表6可知，在分別加入5 mm、10 mm纖維后，對水泥漿稠化時間、流變性能影響不大，抗壓強度略有增加。當(dāng)纖維水泥漿進(jìn)入地層裂縫時，在裂縫中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時水泥漿水化反應(yīng)，水泥石充填其間，堵漏效果與承壓能力顯著上升[6]。

表6 纖維對水泥漿性能的影響Table6 Effectoffiberontheperformanceofcementslurryφ(5mm纖維)/%φ(10mm纖維)/%93℃養(yǎng)護(hù)流變600/300200/1006/3稠化時間/min抗壓強度/MPa基本配方134/7855/294/33587．6基本配方0．5142/9555/325/43438．1基本配方0．5144/9256/325/43577．9基本配方0．50．5175/9566/357/53358．5 注：基本配方為表3所列配方2。

2 粉煤灰堵漏現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 在TP26X井堵漏應(yīng)用

TP26X井二疊系位于4 569.00～4 777.00 m，厚度208 m，鉆井液密度1.33 g/cm3，井內(nèi)做承壓試驗當(dāng)量密度為1.60 g/cm3，鉆井過程中無漏失，設(shè)計在4 569.00～4 786.00 m打一水泥塞，封固二疊系，水泥塞長度217 m，鉆具下深4 786.00 m左右，采用近平衡法注入設(shè)計量的水泥漿，封固二疊系，提高二疊系承壓能力，為下步鉆進(jìn)及固井提供良好條件。

水泥漿配方如下：阿克蘇G級水泥+w(粉煤灰)100%+w(微硅)7%+w(降失水劑)8%+w(分散劑)8%+w(早強劑)2%+w(緩凝劑)0.5%+淡水(液固比0.66)。水泥漿密度1.62 g/cm3，實驗條件95 ℃×63 MPa×60 min，API失水92 mL，流動度23 cm，稠化時間351 min，24 h抗壓強度7.2 MPa。堵漏施工流程：注入化學(xué)沖洗液4 m3,1.62 g/cm3低密度纖維堵漏水泥漿21 m3,替漿36.6 m3,起鉆15柱至水泥漿面以上，反循環(huán)洗井，未洗出水泥漿，開井候凝48 h后下鉆探塞，水泥塞面符合要求，掃完塞后承壓10 MPa。后期鉆井無漏失情況，177.8 mm油層尾管下套管及固井過程中無漏失情況，作業(yè)連續(xù)，固井優(yōu)質(zhì)率77.7%。

2.2 在TP136X井堵漏應(yīng)用

TP136X是部署在塔河油田托普臺區(qū)塊的一口開發(fā)井，鉆遇二疊系井段5 091.00～5 150.00 m，鉆進(jìn)液密度1.32 g/cm3，二疊系打鉆過程中漏失量1 m3/h。設(shè)計采用1.65 g/cm3低密度水泥漿擠堵4 986.67～5 172.30 m，滿足地層承壓要求。下光鉆具至井深5 169 m左右，采用近平衡法注入設(shè)計量的水泥漿，進(jìn)行關(guān)井?dāng)D水泥作業(yè)，起鉆至水泥塞面上100 m進(jìn)行反洗，再起鉆5柱,然后擠水泥，憋壓候凝。

水泥漿配方如下：阿克蘇G級水泥+w(粉煤灰)100%+w(微硅)7%+w(降失水劑)8%+w(分散劑)8%+w(早強劑)2%+w(緩凝劑)0.8%+淡水(液固比0.66)。密度1.63 g/cm3，在100 ℃×65 MPa×40 min條件下API失水88 mL,流動度23 cm,稠化時間317 min,抗壓強度8.6 MPa。施工流程：注入沖洗液5 m3，注入1.63 g/cm3水泥漿12 m3，注入后沖洗液1.4 m3，替鉆井液40.8 m3，起鉆18柱至水泥面以上反循環(huán)洗井，再起鉆1柱，關(guān)井，以排量0.4 m3/min擠水泥作業(yè)，共計入6.1 m3水泥漿，關(guān)井憋壓候凝12 h后開井起出全部鉆具，繼續(xù)候凝36 h下鉆探塞；掃塞至井深5 045 m做承壓試驗，井口試壓值為9.64 MPa，30 min壓降0.16 MPa，滿足設(shè)計要求。該井在后期177.8 mm油層尾管固井過程中無漏失情況，作業(yè)連續(xù)，經(jīng)測井，優(yōu)質(zhì)率達(dá)66.4%。

3 總 結(jié)

(1) 該粉煤灰低密度體系密度1.65 g/cm3左右，控制水泥石強度6～8 MPa，堵漏后不易掃出新井眼，做承壓實驗滿足后期鉆井需要，堵漏效果明顯。

(2) 粉煤灰價格便宜，貨源較廣，所配制低密度水泥漿性能穩(wěn)定，滿足堵漏需求，具有較高推廣應(yīng)用價值。

(3) 該體系堵漏效果優(yōu)于鉆井液材料堵漏，成功率較高，縮短了鉆井周期。

(4) 經(jīng)粉煤灰低密度堵漏的井承壓較高，避免了在后期固井過程中再次發(fā)生漏失的情況，為固井提供了良好條件，保證了施工排量及水泥漿返高，對提高固井質(zhì)量有保障。

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