調整井固井難點分析及水泥漿體系優(yōu)化研究

沈元波，和鵬飛，徐 彤，袁洪水，程福旺

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

保證油田開發(fā)后期固井質量是固井工程中的一個重大技術問題[1-4]。為控制綏中油田綜合含水上升速度、提高產層的最終采收率，油田近幾年來開始實施厚層層內細分注采的開發(fā)方案。為確保對薄油層的有效開采，固井質量要求更高，受上述因素影響，油田固井一次合格率相比前期有所下降。調整井固井質量降低，直接影響了油田的細分開發(fā)，因此有必要找出影響調整井固井質量的主要因素，并采取切實可行的措施，提高高含水區(qū)塊調整井固井質量，以滿足對油田后期開發(fā)中的固井要求。

1 調整井固井工藝技術難點[5-10]

（1）地層壓力系統(tǒng)復雜。注水開發(fā)是最廣泛采用的保持油田油藏產能的開發(fā)方式，調整井所鉆位置往往是主要的長期高壓注水油藏，其地層非均質性特征和局部注采不平衡問題突出。原始壓力系統(tǒng)被破壞，地下壓力重新分布，在地層孔隙壓力平面內，從注水井到產油井往往形成壓降漏斗。在縱向上形成高壓層、低壓層和常壓層的多套壓力系統(tǒng)。層間壓差較大，高壓與虧空層共存，易發(fā)生層間竄流。地層流體滲流對水泥環(huán)的沖刷嚴重影響調整井固井質量。此外，為了降低鉆井成本，在井結構設計中，每個油田都盡量減少或沒有技術套管（通常是兩口開到井底），導致固井段過長。

（2）井眼尺寸不規(guī)范。在調整井鉆井過程中，地層易發(fā)生出水，導致井壁坍塌，井徑擴大率高。如果鉆井液性能較差，局部大肚子和糖葫蘆形狀井眼出現較多。當井眼擴大率大于15%時，井壁濾餅厚度可達3 mm～5 mm，形成鉆井液滯留帶，直接影響固井水泥漿封固。

（3）固井質量要求高。布局調整井的主要目的是開發(fā)主力油藏間混合的薄、差油層等，即進行層內細分開采，在固井過程中，必須防止調整后薄油層的互竄以及調整后薄油層與老油層的互竄，由此固井質量要求提高。

（4）水泥漿性能要求特殊。地層水進入水泥漿后，將直接影響水泥漿的凝固過程，影響水泥硬化體的性能。研究表明，地層流體以“溶蝕運移”的方式對水泥環(huán)的結構和膠結質量造成損害，這種損害比氣侵造成的損害更為嚴重。因此，防水竄水泥漿體系應區(qū)別于防氣竄體系，其技術指標應更具有特殊性。

2 影響調整井固井質量的主要因素分析

針對綏中油田的實際情況，通過對現場施工資料的研究、分析并結合對河南注水開采油田的固井質量研究結果，認為影響油田調整井固井質量的主要因素有以下幾個方面。

（1）停注半徑的影響。為了減少注水井對固井質量的影響，各油田根據實際情況制定了不同的停井方案。綏中油田實施的是“周邊注水井（井位500 m范圍內）可能對鉆井作業(yè)造成影響，建議注水井鉆開油氣層前24 h開始停注，注聚井鉆開油氣層前48 h開始停注，直到固井結束48 h后。同時建議在這期間，周邊350 m范圍內的生產井適當降低產液量以避免加劇鉆完井液的污染程度?！苯椫蠯20井固井質量出現了明顯的不合格井段。通過對綏中K20井的弱水淹、中水淹、強水淹進行統(tǒng)計分析看：不合格率較高的層位為強水淹層，這一情況也說明地下注采層位的動態(tài)對固井質量具有較大的影響。

（2）層間壓差的影響。由于注水開發(fā)與采出程度的差異，層間壓力變化很大。

（3）泄壓速度的影響。根據資料研究和軟件模擬可知，注水井停注以后，強滲透性地層，停注以后井口壓力可以很快恢復到零；差滲透性地層且注水壓力較高，停止注水以后泄壓速度較慢。此外，從鉆井和固井的實際看，地下的壓力情況變化也較大，表現在一些井上設計的泥漿密度不能平衡地層壓力。

3 調整井固井水泥漿體系優(yōu)選與評價

3.1 水泥漿體系優(yōu)化研究

針對疏松砂巖衰竭稠油油藏的固井，在該地質條件下，砂體骨架易碎裂，水泥漿密度不宜過高，在注水開采的情況下，地層壓力分布不平衡，易漏易竄，因此以低密高強水泥漿體系配方為基礎（該水泥漿體系由減輕劑：漂珠CP-61、增強劑CRET1、API油井水泥：“G”級、降失水劑：G80L組成，低密高強體系的基本配方：“G”級水泥+水+25%漂珠+26.5%增強劑+4%降失水劑+0.3%消泡劑+緩蝕劑+分散劑，密度1.50 sg），纖維用于堵漏增韌，提高防漏性能，增加韌性；液體微硅用于防竄；氮氣發(fā)氣劑用于膨脹劑和粘接劑，減少體積收縮，減小微間隙，并提高水泥石膠結能力。因此，確定優(yōu)選基本配方為：“G”級水泥+25%漂珠+26.5%增強劑+4%降失水劑+1%纖維材料+4%液體微硅+2%氮氣膨脹劑+0.3%消泡劑。

3.2 性能評價

（1）流變性。對優(yōu)選的配方及對比配方，按API標準配漿，用旋轉黏度計進行測試，60℃養(yǎng)護20 min測得數據（見表1）。

表1 黏度計讀數

由表1可以看出，加入各種特效添加劑后，水泥漿變稠，但流變性能和流變參數仍能滿足現場的施工要求。

（2）稠化時間。選取60℃，30 MPa為稠化條件，對優(yōu)選的配方進行了變緩凝劑加量的實驗研究，得出的稠化時間（見表2，圖1）。

表2 H21L加量對水泥漿稠化時間的影響

由表2和圖1，優(yōu)選的配方與緩凝劑H21L有很好的配伍性，并具有可調性，可以適應不同井深的井況。初始稠度適宜，有利于泵送的順利進行，稠化過渡時間（40 BC～100 BC）均小于20 min，水泥漿膠凝強度會迅速增大，可有效地阻止氣體竄流，說明優(yōu)選配方水泥漿具有良好的防竄能力。

（3）穩(wěn)定性和游離液含量。對優(yōu)選配方進行沉降穩(wěn)定性實驗和游離液測試，水泥漿的穩(wěn)定性（密度差）為0.01 g/cm3，水泥漿游離液為0，滿足固井施工的要求。

（4）濾失量。試樣的濾失量在高溫高壓失水儀上進行，加壓6.9 MPa，收集濾液30 min。分別對優(yōu)選配方和對比樣進行實驗，結果表明特殊外加劑的加入，使原配方的濾失量增大，但仍小于50 mL，滿足固井要求。

圖1 H21L加量對水泥漿稠化時間的影響

（5）抗壓強度。由于緩凝劑加量對最終強度的影響很大，因此有必要對不同緩凝劑加量的抗壓強度進行比較。變換緩凝劑加量，按API標準配漿，將配好的水泥漿倒入模具中，在75℃、18 MPa下養(yǎng)護24 h，制備水泥石試塊各若干塊。養(yǎng)護完成后，在壓力試驗機上測試水泥石的抗壓強度。水泥石的抗壓強度與緩凝劑的加量有很大關系，因此對不同加量緩凝劑的水泥石抗壓強度進行了評價。結果表明，隨緩凝劑加量的增加，水泥石的抗壓強度有降低的趨勢，但基本都可滿足大于14 MPa的需要，滿足固井施工的要求。

（6）堵漏性能。將優(yōu)選的水泥漿配方按API標準配制，對其堵漏性能進行評價，結果表明，原始配方放入堵漏實驗設備在不加壓的情況下就全部漏光，而優(yōu)選配方，放入堵漏實驗設備后，有少量瞬時漏失，加壓后仍可保持，不斷增加上部壓力，直至5 MPa才開始進一步漏失，直至漏光。以上實驗表明，優(yōu)選配方具有良好的堵漏性能，可以保證萬一井下出現壓裂的情況下，水泥漿自身具有一定的堵漏能力，使不致壓漏地層。并且比較前面只加纖維的情況發(fā)現，PC-MB和P-CP1的加入，與PCF-1共同作用，有更好的堵漏能力。

（7）防竄能力。根據綏中油田固井的設計統(tǒng)計，進行防竄能力評價，假定油頂地層孔隙當量為1.1 sg時，進行防竄能力分析，當水泥漿靜膠強度達到126 Pa時，地層壓力等于水泥孔隙壓力，此時最易發(fā)生竄流。防竄實驗在水泥漿靜膠強度達126 Pa時進行，比較不同水泥漿的防竄能力。實驗表明常規(guī)配方加壓至0.2 MPa時，即發(fā)生竄流；優(yōu)選配方加壓至2.5 MPa時仍未有竄流出現，說明優(yōu)選配方的抗竄能力大幅改進，說明優(yōu)選配方能壓穩(wěn)地層孔隙壓力當量為1.1 sg的地層。

圖2 CBL固井質量測井圖（K9井）

圖3 CBL固井質量測井圖（K14井）

4 現場應用

優(yōu)選的水泥漿配方在綏中K14、綏中K9等5口井中進行了應用，固井質量優(yōu)良，鉆后固井質量測井結果（見圖2，圖3）。

5 結論

（1）低密度水泥漿可以保證在多壓力體系下不致壓漏地層，可防壓碎壁面砂體結構，以免造成水竄。

（2）在低密度水泥漿中，加入氮氣膨脹劑可以減少水泥石的收縮，增大界面粘接力；加入纖維可以起到增韌堵漏的作用，有利壓穩(wěn)多壓力體系的非均質地層；加入液體微硅可以起到很好的防竄目的。

（3）應用表明，優(yōu)選的水泥漿體系對儲層壓力體系復雜的調整井具有良好的固井封固效果。