三塘湖水平井增韌防竄水泥漿技術(shù)研究與應(yīng)用

周芝琴， 王忠華， 蔣理波， 劉新忠， 王品德， 李 瑞

(1吐哈油田工程技術(shù)研究院 2清海油田井下作業(yè)公司)

三塘湖油田儲(chǔ)量豐富，油藏儲(chǔ)層物性較差，為了提升開發(fā)效果和效益，2014年三塘湖油田確定了“水平段固井+大型體積壓裂”的開發(fā)思路，但水平段的固井質(zhì)量差的問題一直存在，2013年水平井固井質(zhì)量合格率僅為80%，優(yōu)質(zhì)率僅為10%，很多井因固井質(zhì)量不合格無法壓裂甚至報(bào)廢，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。部分井即使固井質(zhì)量合格，因水泥石的硬脆性，壓裂中出現(xiàn)環(huán)空竄流。固井質(zhì)量已經(jīng)成為制約三塘胡水平井開發(fā)效果的瓶頸。本文設(shè)計(jì)了新型增韌防竄水泥漿體系用于三塘湖水平井固井，該體系流動(dòng)性好、施工性能優(yōu)越，同時(shí)在防竄、抗沖擊、改善水泥石力學(xué)性能等方面具有明顯的優(yōu)勢。

一、 固井難點(diǎn)分析

1．水泥石脆性影響油氣開發(fā)

常規(guī)水泥石脆性大，射孔沖擊及大型壓裂沖擊會(huì)使水泥石產(chǎn)生裂縫，將底水與油氣層溝通，油氣生產(chǎn)中可能會(huì)出現(xiàn)底水錐進(jìn)現(xiàn)象，影響油氣正常生產(chǎn)[1]。

2.固井設(shè)計(jì)參數(shù)難確定

水平井井眼呈橢圓狀，井徑不準(zhǔn)確或無井徑，頂替排量及水泥量確定缺乏依據(jù)，固井質(zhì)量及施工風(fēng)險(xiǎn)較大[2]。

二、增韌防竄水泥漿技術(shù)

水平井固井要求水泥漿除滿足施工性能外還要有良好的沉降穩(wěn)定性、低失水、零游離液，后期射孔及大型壓裂對水泥石強(qiáng)度、韌性高的要求[3]。

1.增韌防竄水泥漿體系的設(shè)計(jì)

通過大量室內(nèi)試驗(yàn)，優(yōu)選設(shè)計(jì)的增韌防竄水泥漿體系配方為：天山G中+1.5%BCF-200S+0.7%USZ+0.4%KQ-B+2.0%BCG-300S+2%微硅+0.1%TW302。

2.增韌防竄水泥漿性能評價(jià)

2.1 水泥漿防竄性能評價(jià)

該水泥漿體系主要通過添加增韌防竄劑BCG-300S達(dá)到防竄目的，表1是防竄試驗(yàn)結(jié)果。

表1 防竄試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著高分子柔性聚合物增韌劑加量的增加，防竄性能更好，加量大于3%的配方均未發(fā)生竄流，具有良好的防竄性能[4]。

2.2 力學(xué)性能評價(jià)

(1)水泥石韌性評價(jià)結(jié)果見表2。

表2 水泥石韌性評價(jià)結(jié)果

注：水泥漿在溫度80℃條件下養(yǎng)護(hù)7 d。

(2)水泥石抗沖擊性能評價(jià)見表3。

表3 水泥石抗沖擊性能評價(jià)結(jié)果表

注：水泥漿在溫度80℃條件下養(yǎng)護(hù)7 d。

表2、表3 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著增韌劑摻量增加，彈性模量不斷降低，水泥石韌性增強(qiáng)，并且其水泥石抗沖擊功不斷增加，抗沖擊能力增強(qiáng)。

(3)水泥膨脹實(shí)驗(yàn)。增韌防竄劑本身為高分子柔性聚合物，摻入水泥漿后，在水泥水化過程中分散到水泥水化產(chǎn)物表面，吸水溶脹，聚合成膜，使得水泥石本身表現(xiàn)為體積膨脹[5](見表4)。

表4 線性膨脹率測試結(jié)果

三、現(xiàn)場應(yīng)用效果

馬56-8H井目的層是二疊系條湖組，該井水平段長達(dá)到創(chuàng)吐哈油田記錄的1 229.26 m，固井難度較大。具體管柱結(jié)構(gòu)如下：

?139.7 mm旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)向浮鞋+?139.7 mm短套管1根+?139.7 mm浮箍+?139.7 mm套管1根+?139.7 mm浮箍+?139.7 mm套管串+?139.7 mm免鉆漂浮接箍+?139.7 mm套管串+?139.7 mm免鉆漂浮接箍+?139.7 mm套管串+聯(lián)頂節(jié)。

2014年10月5日，經(jīng)聲幅/變密度測井顯示：馬56-8H井水平段固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率達(dá)95%以上。2014年11月20日該井采用橋塞分段+分簇射孔+復(fù)合壓裂技術(shù)，分8級共加砂586.7 m3、液量8 080.4 m3，施工壓力50～80 MPa大型體積壓裂后順利投產(chǎn)，水泥環(huán)和界面封隔經(jīng)受住考驗(yàn)，投產(chǎn)初期日產(chǎn)液達(dá)64.8 m3，產(chǎn)油42.27 t。

截至2015年10月，固井質(zhì)量評審59口水平井，固井質(zhì)量一次合格率100%，優(yōu)質(zhì)率94.9%較2013年、2014年固井質(zhì)量有了大的提高，滿足勘探開發(fā)的要求，見表5。

表5 三塘湖油田固井質(zhì)量年度情況對比

四、結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)結(jié)合水平井固井的特殊要求和三塘湖區(qū)塊的地層特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出增韌防竄水泥漿體系，其流動(dòng)性好、施工性能優(yōu)越，同時(shí)具有防氣竄、低彈性模量、低失水等特點(diǎn)，在防竄、抗沖擊、改善水泥石力學(xué)性能等方面具有明顯的優(yōu)勢。

(2)通過現(xiàn)場應(yīng)用證明，增韌防竄水泥漿體系有著良好的施工性能，其水泥石力學(xué)性能完全滿足固井后壓裂、增產(chǎn)措施的要求，取得了很好的現(xiàn)場應(yīng)用效果，可在吐哈油田整體推廣應(yīng)用。

[1]鄭永剛，方鐸,郝俊芳.水平井注水泥的理 論 與 試 驗(yàn) 研 究[M].北京：中國科學(xué)院上海冶金研究所，2000.

[2]林立新,田少雄,魯來賓,等.寶浪油田H-4水平井固井技術(shù)[J].河南石油,2003,20(3):18-20.

[3]劉崇建,謝應(yīng)權(quán)，郭小陽，等.水泥漿凝結(jié)過程的氣竄問題[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào),1998,20(4):47- 52.

[4]李坤,徐孝思，黃柏宗.緊密堆積伏化水泥漿體系的優(yōu)勢與應(yīng)用[J].鉆井液與完井液,2002,19(1):1-9.

[5]孫莉,黃曉川,向興華，等.國內(nèi)水平井固井技術(shù)及發(fā)展[J].鉆采工藝,2005，28(5)：23-26.